(57)【要約】パルプおよびフィブリル化セルロースを含み、前記パルプおよび前記フィブリル化セルロースは、独立して、植物繊維から誘導される、材料、複合材および消費者製品が開示される。前記材料を製造または使用する加工方法も開示される。本開示は、環境に優しく、持続可能で、費用効果の高い機能性材料、その配合物、およびその製造方法を提供し、前記材料は紙ベースであり、前記材料は食品包装業界における使用に適している。上記材料は複合材料であり得る。
2019509403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルプおよびフィブリル化セルロースを含み、前記パルプおよび前記フィブリル化セルロースは、独立して、植物繊維から誘導される、材料。
【請求項２】
前記植物繊維が、バガス、亜麻、大麻、ヤシおよびこれらの任意の組合せからなる群から選択される、請求項１に記載の材料。
【請求項３】
前記植物繊維がバガスを含む、請求項２に記載の材料。
【請求項４】
前記フィブリル化セルロースがミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）を含む、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項５】
前記フィブリル化セルロースがナノフィブリル化セルロース（ＮＦＣ）を含む、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項６】
前記パルプが前記フィブリル化セルロースと混合されている、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項７】
前記パルプに前記フィブリル化セルロースが含浸されている、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項８】
前記パルプを含む層を含み、前記層が前記フィブリル化セルロースでコーティングされている、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項９】
前記パルプを含む層を含み、前記層が前記フィブリル化セルロースでラミネートされている、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項１０】
前記フィブリル化セルロースを含む第１の層と、
前記パルプを含む第２の層と、
前記フィブリル化セルロースを含む第３の層と
を含み、
前記第２の層が、前記第１の層と前記第３の層との間に位置する、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項１１】
前記パルプを含む第１の層と、
前記フィブリル化セルロースを含む第２の層と、
前記パルプを含む第３の層と
を含み、
前記第２の層が、前記第１の層と前記第３の層との間に位置する、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項１２】
前記フィブリル化セルロースおよび前記パルプが、約１：１〜約１：１００の範囲内の重量比で存在する、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項１３】
前記フィブリル化セルロースおよび前記パルプが、約１：１〜約１：１０の範囲内の重量比で存在する、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項１４】
前記フィブリル化セルロースが、１００ｎｍ未満の平均径を有する、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項１５】
約１５μｍまたはそれ未満の平均径を有する、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項１６】
約５μｍまたはそれ未満の平均径を有する、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項１７】
約１００００ｃｍ３ｍ−２ｄ−１またはそれ未満の酸素透過速度（ＯＴＲ）を有する、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項１８】
約４０００ｃｍ３ｍ−２ｄ−１またはそれ未満のＯＴＲを有する、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項１９】
約２００ｃｍ３／（ｍ２  ２４ｈ．ａｔｍ）またはそれ未満のＯＴＲを有する、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項２０】
約１０００ｇｍ−２ｄ−１またはそれ未満の水蒸気透過速度（ＷＶＴＲ）を有する、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項２１】
約２６０ｇｍ−２ｄ−１またはそれ未満のＷＶＴＲを有する、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項２２】
ヒマシ油を用いて測定して、２％未満の吸油率を有する、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項２３】
３ＧＰａよりも高い引張弾性率を有する、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項２４】
約５ＧＰａまたはそれよりも高い引張弾性率を有する、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項２５】
約３５ＭＰａまたはそれよりも高い引張強さを有する、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項２６】
約６５ＭＰａまたはそれよりも高い引張強さを有する、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項２７】
約２％またはそれよりも高い破断歪み率を有する、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項２８】
約４％またはそれよりも高い破断歪み率を有する、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項２９】
５０Ｎｍｇ−１よりも高い比引張強さを有する、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項３０】
約８８Ｎｍｇ−１またはそれよりも高い比引張強さを有する、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項３１】
曲げ弾性率、曲げ強さまたは貯蔵弾性率が、前記植物繊維のそれよりも１〜１００倍高い、先行する請求項のいずれかに記載の材料。
【請求項３２】
先行する請求項のいずれかに記載の材料および別のポリマーを含む、複合材。
【請求項３３】
前記別のポリマーが、ポリ乳酸、キチン、アルギン酸ナトリウム、熱可塑性デンプン、ポリエチレンまたはポリプロピレンである、先行する請求項のいずれかに記載の複合材。
【請求項３４】
前記別のポリマーが、繊維または粉末の形態である、先行する請求項のいずれかに記載の複合材。
【請求項３５】
引張弾性率、引張強さ、曲げ弾性率、曲げ強さまたは貯蔵弾性率が、前記材料のそれよりも１〜１００倍高い、先行する請求項のいずれかに記載の複合材。
【請求項３６】
気体および液体に対して半透過性または不透過性である、先行する請求項のいずれかに記載の材料または複合材。
【請求項３７】
前記気体が加熱空気である、請求項３６に記載の材料または複合材。
【請求項３８】
前記液体が水または油である、請求項３６または３７に記載の材料または複合材。
【請求項３９】
先行する請求項のいずれかに記載の材料または複合材によって製造された消費者製品。
【請求項４０】
食品パッケージ、食品配膳手段、自動車輌、家庭用もしくはオフィス用器具、電子デバイス、家庭用もしくはオフィス用家具、または子供用製品である、請求項３９に記載の消費者製品。
【請求項４１】
シート、袋、容器、プレートまたはトレイである、請求項３９または４０に記載の消費者製品。
【請求項４２】
即席麺用カップである、請求項３９に記載の消費者製品。
【請求項４３】
コーヒーカプセルである、請求項３９に記載の消費者製品。
【請求項４４】
前記コーヒーカプセルが、カプセル本体（ＣＭＢ）およびカプセル蓋（ＣＬ）を含む、請求項４３に記載の消費者製品。
【請求項４５】
前記ＣＭＢおよび／またはＣＬが網状である、請求項４４に記載の消費者製品。
【請求項４６】
前記コーヒーカプセルが、約０．５〜約６ｍｍの厚さを有する、請求項４４または４５に記載の消費者製品。
【請求項４７】
前記コーヒーカプセルが、約１〜約３ｍｍの厚さを有する、請求項４６に記載の消費者製品。
【請求項４８】
ベース層、ポリマー層および／またはコーティング層を含む、請求項３９から４７のいずれか一項に記載の消費者製品。
【請求項４９】
前記ベース層が、パルプ繊維、ナノフィブリル化セルロース（ＮＦＣ）、毛状繊維またはこれらの任意の組合せを含む、請求項４８に記載の消費者製品。
【請求項５０】
前記パルプ繊維が塩素を含まない、請求項４９に記載の消費者製品。
【請求項５１】
前記ベース層が、撥水剤および／または撥油剤をさらに含む、請求項４８から５０のいずれか一項に記載の消費者製品。
【請求項５２】
前記ポリマー層が、石油由来ではない天然ポリマーを含む、請求項４８から５１のいずれか一項に記載の消費者製品。
【請求項５３】
前記ポリマー層がナノコンポジットである、請求項４８から５２のいずれか一項に記載の消費者製品。
【請求項５４】
前記ポリマー層が、ナノクレイをさらに含む、請求項４８から５３のいずれか一項に記載の消費者製品。
【請求項５５】
前記ナノクレイが剥離モンモリロナイトである、請求項５４に記載の消費者製品。
【請求項５６】
前記ナノクレイがポリマーマトリックスに取り込まれている、請求項５４または５５に記載の消費者製品。
【請求項５７】
前記コーティング層が、ＮＦＣ、毛状繊維、パルプ繊維またはこれらの任意の組合せを含む、請求項４８から５６のいずれか一項に記載の消費者製品。
【請求項５８】
消費者製品の製造のための、先行する請求項のいずれかに記載の材料または複合材の使用。
【請求項５９】
パルプをフィブリル化セルロースと混合するステップを含み、前記パルプおよび前記フィブリル化セルロースは、独立して、植物繊維からのものである、材料の製造方法。
【請求項６０】
前記植物繊維をホモジナイザーに通過させることによってフィブリル化セルロースを調製するステップをさらに含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記ホモジナイザーが、約１〜１００ＭＰａの圧力を発生させる、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記通過の回数が約２〜１００である、請求項６０または６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記混合するステップが水中で実施される、請求項５９から６２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６４】
共濾過をさらに含む、請求項５９から６３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６５】
多層濾過をさらに含み、前記パルプまたは前記フィブリル化セルロースの層が、前記フィブリル化セルロースまたは前記パルプの層の上で濾過される、請求項５９から６３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６６】
前記材料を圧密するステップをさらに含む、請求項５９から６５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６７】
前記材料を乾燥するステップをさらに含む、請求項５９から６６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６８】
前記乾燥するステップが、前記材料を吸収材の間に配置することを含む、請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
前記材料を、３０〜５０℃の温度で乾燥するステップを含む、請求項６７または６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記材料を、５０〜７０℃の温度で乾燥するステップを含む、請求項６７または６８に記載の方法。
【請求項７１】
前記材料を、７０〜９０℃の温度で乾燥するステップを含む、請求項６７または６８に記載の方法。
【請求項７２】
先行する請求項のいずれかに記載の材料に液体樹脂を含浸させるステップを含む、複合材の製造方法。
【請求項７３】
前記液体樹脂が、大豆油、亜麻仁油またはＢＩＯＣＯＡＴである、請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
含浸させた材料を硬化するステップをさらに含む、請求項７２または７３に記載の方法。
【請求項７５】
植物セルロース、フィブリル化セルロースおよび別のポリマーを懸濁液中で混合するステップを含む、複合材の製造方法。
【請求項７６】
前記別のポリマーが、ポリ乳酸、熱可塑性デンプン、バイオ由来ポリエチレンまたはバイオ由来ポリプロピレンである、請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
前記複合材を圧密するために熱を加えるステップをさらに含む、請求項７５または７６に記載の方法。
【請求項７８】
前記複合材を乾燥するステップをさらに含む、請求項７５から７７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７９】
前記別のポリマーが、繊維または粉末の形態である、請求項７５から７８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８０】
先行する請求項のいずれかに記載の材料、ラミネーションおよびポリマーフィルムを重層するステップを含む、複合材の製造方法。
【請求項８１】
前記ラミネーションがポリシロキサンを含む、請求項８０に記載の方法。
【請求項８２】
前記ラミネーションが石油由来ワックスを含む、請求項８０に記載の方法。
【請求項８３】
前記ポリマーフィルムが、ポリ乳酸、バイオ由来ポリエチレンまたはバイオ由来ポリプロピレンを含む、請求項８０から８２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８４】
前記ポリマーフィルムが、スリットダイを備えたマイクロコンパウンダーによって生成される、請求項８０から８３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８５】
前記重層するステップが、前記複合材を圧密することを含む、請求項８０から８４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８６】
前記圧密することが、約５０〜２００℃の温度で実施される、請求項６６、７７または８５に記載の方法。
【請求項８７】
前記圧密することが、約１２０℃の温度で実施される、請求項８７に記載の方法。
【請求項８８】
前記圧密することが、約１〜５ｔ重の圧力で実施される、請求項６６、７７または８５に記載の方法。
【請求項８９】
前記圧密することが、約１．５ｔ重の圧力で実施される、請求項８８に記載の方法。
【請求項９０】
パルプ成形機を用いて物品を製造するステップを含む、消費者製品の製造方法。
【請求項９１】
減圧成形によって前記物品をカプセル化するステップをさらに含む、請求項９０に記載の方法。
【請求項９２】
減圧成形、赤外線加熱および／または超音波加熱によって前記物品の表面にポリマー層をコーティングするステップをさらに含む、請求項９０または９１に記載の方法。
【請求項９３】
赤外加熱または超音波加熱によって前記ポリマー層を加熱することによって前記物品を互いに接着するステップをさらに含む、請求項９２に記載の方法。
【請求項９４】
ＮＦＣ、毛状繊維、天然パルプ繊維またはこれらの任意の組合せの層で前記物品をディップコーティングするステップをさらに含む、請求項９０から９３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９５】
前記消費者製品がコーヒーカプセルであり、前記物品が、カプセル本体および／またはカプセル蓋である、請求項９０から９４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
相互参照
本出願は、２０１６年２月２４日に出願された米国仮出願番号第６２／２９９，０８４号の利益を主張しており、この仮出願は、その全体が参考として本明細書中に援用される。
【背景技術】
【０００２】
参照による引用
本明細書中のすべての刊行物、特許および特許出願は、個々の刊行物、特許または特許出願それぞれが、参照により組み込まれているように具体的かつ個別に示される場合と同程度に、参照により組み込まれる。本明細書中の用語と、組み込まれた参考文献中の用語との間に矛盾がある場合、本明細書における用語が優先する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
簡単な要旨
多くの態様のうちの一部では、本明細書において提供されるのは、パルプおよびフィブリル化セルロースを含み、パルプおよびフィブリル化セルロースは、独立して、植物繊維からのものである、材料である。一部の実施形態では、植物繊維は、バガス、亜麻、大麻、ヤシおよびこれらの任意の組合せからなる群から選択される。一部の実施形態では、植物繊維はバガスを含む。一部の実施形態では、フィブリル化セルロースはミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）を含む。一部の実施形態では、フィブリル化セルロースはナノフィブリル化セルロース（ＮＦＣ）を含む。一部の実施形態では、パルプは、フィブリル化セルロースと混合されている。一部の実施形態では、パルプにフィブリル化セルロースが含浸されている。一部の実施形態では、材料は、パルプを含む層を含み、層は、フィブリル化セルロースでコーティングされている。一部の実施形態では、材料は、パルプを含む層を含み、層は、フィブリル化セルロースでラミネートされている。一部の実施形態では、材料は、フィブリル化セルロースを含む第１の層と、パルプを含む第２の層と、フィブリル化セルロースを含む第３の層とを含み、第２の層は、第１の層と第３の層との間に位置する。一部の実施形態では、材料は、パルプを含む第１の層と、フィブリル化セルロースを含む第２の層と、パルプを含む第３の層とを含み、第２の層は、第１の層と第３の層との間に位置する。一部の実施形態では、フィブリル化セルロースおよびパルプは、約１：１００〜約１：１、例えば、約１：１０〜約１：１の重量比で存在する。一部の実施形態では、フィブリル化セルロースは、１００ｎｍ未満の平均径を有する。一部の実施形態では、材料は、約１５μｍまたはそれ未満、例えば、約５μｍまたはそれ未満の平均径を有する。一部の実施形態では、材料は、約０．９ｇ／ｃｍ３またはそれよりも高い、例えば、約１．２ｇ／ｃｍ３またはそれよりも高いエンベロープ密度を有する。一部の実施形態では、材料は、約４８％またはそれ未満、例えば、約３０％またはそれ未満の空隙率を有する。一部の実施形態では、材料は、約２６０秒またはそれよりも長い、例えば、３８，０００秒よりも長いガーレー時間（Ｇｕｒｌｅｙ  ｔｉｍｅ）を有する。一部の実施形態では、材料は、約５×１０−７ｍ３Ｐａ−１ｍ−２ｓ−１またはそれ未満、例えば、０．０３×１０−７ｍ３Ｐａ−１ｍ−２ｓ−１またはそれ未満の透気度を有する。一部の実施形態では、材料は、約１００００ｃｍ３ｍ−２ｄ−１またはそれ未満、例えば、約４０００ｃｍ３ｍ−２ｄ−１またはそれ未満の酸素透過速度（ＯＴＲ）を有する。一部の実施形態では、材料は、約２００ｃｍ３／（ｍ２  ２４ｈ．ａｔｍ）またはそれ未満のＯＴＲを有する。一部の実施形態では、材料は、約１０００ｇｍ−２ｄ−１またはそれ未満、例えば、約２６０ｇｍ−２ｄ−１またはそれ未満の水蒸気透過速度（ＷＶＴＲ）を有する。一部の実施形態では、材料は、約５％またはそれ未満、例えば、約２％またはそれ未満の吸水率を有する。一部の実施形態では、材料は、ヒマシ油を用いて測定して、２％未満の吸油率を有する。一部の実施形態では、材料は、油を吸収しない。一部の実施形態では、材料は、３ＧＰａよりも高い、例えば、約５ＧＰａまたはそれよりも高い引張弾性率を有する。一部の実施形態では、材料は、約３５ＭＰａまたはそれよりも高い、例えば、約６５ＭＰａまたはそれよりも高い引張強さを有する。一部の実施形態では、材料は、約２％またはそれよりも高い、例えば、約４％またはそれよりも高い破断歪み率を有する。一部の実施形態では、材料は、５０Ｎｍｇ−１よりも高い、例えば、約８８Ｎｍｇ−１またはそれよりも高い比引張強さを有する。一部の実施形態では、材料は、約１８００ｍＪｍ−２またはそれよりも高い、例えば、約５０００ｍＪｍ−２またはそれよりも高い引張エネルギー吸収量を有する。一部の実施形態では、材料は、植物繊維よりも１〜１００倍高い曲げ弾性率を有する。一部の実施形態では、材料は、植物繊維よりも１〜１００倍高い曲げ強さを有する。一部の実施形態では、材料は、植物繊維よりも１〜１００倍高い貯蔵弾性率を有する。
【０００４】
一部の態様では、本明細書において提供されるのは、材料（例えば、支持材料、プリフォーム）および別のポリマー（例えば、生分解性ポリマー）を含む複合材である。一部の実施形態では、別のポリマーは、ポリ乳酸（ポリラクチド）、キチン、キトサン、アルギン酸、アルギン酸塩（例えば、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸カルシウム、アルギン酸マグネシウム、アルギン酸トリエタノールアミン、アルギン酸カリウム、アルギン酸ストロンチウム、アルギン酸バリウムまたはアルギン酸アンモニウム）、アルギン酸プロピレングリコール、リグニン、熱可塑性デンプン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレングリコール、ポリグリコリド、ポリ（ラクチド−ｃｏ−グリコリド）、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリ（８−カプロラクトン）、ポリオルトエステル、ポリ酸無水物、ポリリシン、ポリエチレンイミン、カルボキシメチルセルロース、アセチル化カルボキシメチルセルロース、ゼラチン、コラーゲン、これらの誘導体、これらの任意の組合せ、またはこれらのコポリマーである。一部の実施形態では、別のポリマーは、繊維の形態である。一部の実施形態では、別のポリマーは、粉末の形態である。一部の実施形態では、複合材は、材料よりも１〜１００倍高い引張弾性率を有する。一部の実施形態では、複合材は、材料よりも１〜１００倍高い引張強さを有する。一部の実施形態では、複合材は、材料よりも１〜１００倍高い曲げ弾性率を有する。一部の実施形態では、複合材は、材料よりも１〜１００倍高い曲げ強さを有する。一部の実施形態では、複合材は、材料よりも１〜１００倍高い貯蔵弾性率を有する。
【０００５】
一部の実施形態では、本明細書に開示の材料または複合材は、気体（例えば、加熱空気）および液体（例えば、水、油）に対して半透過性である。一部の実施形態では、本明細書に開示の材料または複合材は、気体（例えば、加熱空気）および液体（例えば、水、油）に対して不透過性である。
【０００６】
一部の態様では、本明細書において提供されるのは、本明細書に開示の材料または複合材によって製造された消費者製品である。一部の実施形態では、消費者製品は、自動車輌、家庭用もしくはオフィス用器具、電子デバイス、家庭用もしくはオフィス用家具、または子供用製品である。一部の実施形態では、消費者製品は小さい物体である。一部の実施形態では、消費者製品は、シート、袋、容器、プレートまたはトレイである。一部の実施形態では、消費者製品は、食品配膳手段または食品パッケージである。一部の実施形態では、消費者製品は即席麺用カップである。一部の実施形態では、消費者製品は容器である。一部の実施形態では、消費者製品はコーヒーカプセルである。一部の実施形態では、コーヒーカプセルは、カプセル本体（ＣＭＢ）およびカプセル蓋（ＣＬ）を含む。一部の実施形態では、ＣＭＢおよび／またはＣＬは網状である。一部の実施形態では、コーヒーカプセルは、約０．５〜約６ｍｍの厚さを有する。一部の実施形態では、コーヒーカプセルは、約１〜約３ｍｍの厚さを有する。一部の実施形態では、消費者製品は、ベース層、ポリマー層および／またはコーティング層を含む。一部の実施形態では、ベース層は、パルプ繊維、ナノフィブリル化セルロース（ＮＦＣ）、毛状（ｈａｉｒｌｙ）繊維またはこれらの任意の組合せを含む。一部の実施形態では、パルプ繊維は塩素を含まない。一部の実施形態では、ベース層は、撥水剤および／または撥油剤をさらに含む。一部の実施形態では、ポリマー層は、石油由来ではない天然ポリマーを含む。一部の実施形態では、ポリマー層はナノコンポジットである。一部の実施形態では、ポリマー層は、ナノクレイをさらに含む。一部の実施形態では、ナノクレイは剥離モンモリロナイトである。一部の実施形態では、ナノクレイは、ポリマーマトリックスに取り込まれている。一部の実施形態では、コーティング層は、ＮＦＣ、毛状繊維、パルプ繊維またはこれらの任意の組合せを含む。
【０００７】
一部の態様では、本明細書において提供されるのは、消費者製品の製造のための本明細書に開示の材料または複合材の使用である。一部の実施形態では、消費者製品は、自動車輌、家庭用もしくはオフィス用器具、電子デバイス、家庭用もしくはオフィス用家具、または乳幼児（ｂａｂｙ）または子供（ｋｉｄ）用製品である。一部の実施形態では、消費者製品は小さい物体である。一部の実施形態では、消費者製品は、シート、袋、容器、プレートまたはトレイである。一部の実施形態では、消費者製品は、食品配膳手段である。一部の実施形態では、消費者製品は、食品パッケージである。一部の実施形態では、消費者製品は即席麺用カップである。一部の実施形態では、消費者製品はコーヒーカプセルである。一部の実施形態では、コーヒーカプセルは、カプセル本体（ＣＭＢ）およびカプセル蓋（ＣＬ）を含む。一部の実施形態では、ＣＭＢおよび／またはＣＬは網状である。一部の実施形態では、コーヒーカプセルは、約０．５〜約６ｍｍの厚さを有する。一部の実施形態では、コーヒーカプセルは、約１〜約３ｍｍの厚さを有する。一部の実施形態では、消費者製品は、ベース層、ポリマー層および／またはコーティング層を含む。一部の実施形態では、ベース層は、パルプ繊維、ナノフィブリル化セルロース（ＮＦＣ）、毛状（ｈａｉｒｌｙ）繊維またはこれらの任意の組合せを含む。一部の実施形態では、パルプ繊維は塩素を含まない。一部の実施形態では、ベース層は、撥水剤および／または撥油剤をさらに含む。一部の実施形態では、ポリマー層は、石油由来ではない天然ポリマーを含む。一部の実施形態では、ポリマー層はナノコンポジットである。一部の実施形態では、ポリマー層は、ナノクレイをさらに含む。一部の実施形態では、ナノクレイは剥離モンモリロナイトである。一部の実施形態では、ナノクレイは、ポリマーマトリックスに取り込まれている。一部の実施形態では、コーティング層は、ＮＦＣ、毛状繊維、パルプ繊維またはこれらの任意の組合せを含む。
【０００８】
一部の態様では、本明細書において提供されるのは、パルプをフィブリル化セルロースと混合するステップを含み、パルプおよびフィブリル化セルロースは、独立して、植物繊維からのものである、材料の製造方法である。一部の実施形態では、方法は、植物繊維をホモジナイザーに通過させることによってフィブリル化セルロースを製造するステップをさらに含む。一部の実施形態では、ホモジナイザーは、約１〜１００ＭＰａの圧力を発生させる。一部の実施形態では、通過の回数は約２〜１００である。一部の実施形態では、混合するステップは、水中で実施される。一部の実施形態では、方法は、共濾過をさらに含む。一部の実施形態では、方法は、多層濾過をさらに含み、パルプまたはフィブリル化セルロースの層は、フィブリル化セルロースまたはパルプの層の上で濾過される。一部の実施形態では、方法は、材料を圧密（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅ）するステップをさらに含む。一部の実施形態では、方法は、材料を乾燥するステップをさらに含む。一部の実施形態では、乾燥するステップは、材料を吸収材の間に配置するステップを含む。一部の実施形態では、方法は、３０〜５０℃の温度で材料を乾燥するステップを含む。一部の実施形態では、方法は、５０〜７０℃の温度で材料を乾燥するステップを含む。一部の実施形態では、方法は、７０〜９０℃の温度で材料を乾燥するステップを含む。
【０００９】
一部の態様では、本明細書において提供されるのは、本明細書に開示の材料に液体樹脂を含浸させるステップを含む、複合材の製造方法である。一部の実施形態では、液体樹脂は、大豆油、亜麻仁油またはＢＩＯＣＯＡＴである。一部の実施形態では、方法は、含浸材料を硬化するステップをさらに含む。
【００１０】
一部の態様では、本明細書において提供されるのは、植物セルロース、フィブリル化セルロースおよび別のポリマーを懸濁液中で混合するステップを含む、複合材の製造方法である。一部の実施形態では、別のポリマーは、ポリ乳酸、熱可塑性デンプン、バイオ由来ポリエチレンまたはバイオ由来ポリプロピレンである。一部の実施形態では、方法は、複合材を圧密するために熱を加えるステップを含む。一部の実施形態では、方法は、複合材を乾燥するステップを含む。一部の実施形態では、別のポリマーは、繊維の形態である。一部の実施形態では、別のポリマーは、粉末の形態である。
【００１１】
一部の態様では、本明細書において提供されるのは、先行する請求項のいずれかに記載の材料、ラミネーションおよびポリマーフィルムを重層するステップを含む、複合材の製造方法である。一部の実施形態では、ラミネーションはポリシロキサンを含む。一部の実施形態では、ラミネーションは石油由来ワックスを含む。一部の実施形態では、ポリマーフィルムは、ポリ乳酸、バイオ由来ポリエチレンまたはバイオ由来ポリプロピレンを含む。一部の実施形態では、ポリマーフィルムは、スリットダイを備えたマイクロコンパウンダーによって生成される。一部の実施形態では、重層するステップは、複合材を圧密するステップを含む。一部の実施形態では、圧密するステップは、約５０〜２００℃の温度で実施される。一部の実施形態では、圧密するステップは、約１２０℃の温度で実施される。一部の実施形態では、圧密するステップは、約１〜５ｔ重の圧力で実施される。一部の実施形態では、圧密するステップは、約１．５ｔ重の圧力で実施される。
【００１２】
本開示はまた、パルプ成形機を用いて物品を製造するステップを含む、消費者製品を製造するための方法も提供する。一部の実施形態では、方法は、減圧成形によって物品をカプセル化するステップをさらに含む。一部の実施形態では、方法は、減圧成形、赤外線加熱および／または超音波加熱によって物品の表面にポリマー層をコーティングするステップをさらに含む。一部の実施形態では、方法は、赤外加熱または超音波加熱によってポリマー層を加熱することによって物品を互いに接着するステップをさらに含む。一部の実施形態では、方法は、ＮＦＣ、毛状繊維、天然パルプ繊維またはこれらの任意の組合せの層で物品をディップコーティングするステップをさらに含む。一部の実施形態では、消費者製品はコーヒーカプセルであり、物品は、カプセル本体および／またはカプセル蓋である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１ａ〜図１ｆは、微細化時間に応じたバガス繊維を示す走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。
【００１４】
【図２】図２は、微細化されたバガス繊維およびそのプリフォームの特性評価結果を示す表である。
【００１５】
【図３】図３は、バガスのナノフィブリル化セルロース（ＮＦＣ）を示す１組のＳＥＭ像である。左の画像：倍率１０，０００倍；右の画像：倍率２０，０００倍。
【００１６】
【図４】図４ａ〜図４ｅは、異なる構造を持つＮＦＣ強化紙プリフォームを製造するプロセスを示す概略図である。
【００１７】
【図５】図５は、ベースラインのバガス、ＮＦＣ、および異なる構造を持つＮＦＣ強化紙プリフォームの比較を示す表である。
【００１８】
【図６】図６は、コーヒーカプセルの製造を示すフローチャートである。
【００１９】
【図７】図７は、異なる材料でできたコーヒーカプセルの比較を示す１組の画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
詳細な説明
１つまたは複数の本発明の実施形態の詳細が、添付図面、特許請求の範囲、および本明細書の説明に記載されている。本明細書において開示および意図される本発明の実施形態の他の特徴、目的および利点は、明示的に除外されない限り、その他の任意の実施形態と組み合わせることができる。他に定義されていない限り、本明細書において用いられるすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する当業者に一般に理解されるような同じ意味を有する。材料、方法および例は単なる例示であり、限定するものではない。
【００２１】
特に記載のない限り、オープンな語、例えば「を含む（ｃｏｎｔａｉｎ）」、「を含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」などは、を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）を意味する。
【００２２】
単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈により特に明確に定められていない限り、複数の指示対象を含むために本明細書において用いられる。したがって、そうではないことが示されていない限り、本出願に記載の数値パラメータは、本発明によって得ようとする所望の特性に応じて変化し得る近似値である。
【００２３】
用語「約」は、参照される数値の±１５％以内の数値を指す。特に記載のない限り、本明細書の一部の実施形態は数値的範囲を意図する。数値的範囲が記載されているとき、特に記載のない限り、この範囲は、範囲の終点を含む。特に記載のない限り、数値的範囲は、明示的に記載されている場合と同様に、その範囲内のすべての値および部分範囲を含む。
【００２４】
用語「毛状繊維」は、フィブリル化プロセスの後に、２つまたはそれよりも多い異なる繊維径を含む複数の植物繊維を指す。例えば、毛状繊維は、マイクロメートルサイズとナノメートルサイズの繊維など、異なるスケールの直径を持つ２種またはそれよりも多い繊維を含む。一部の実施形態では、毛状繊維は、マイクロメートルサイズのパルプ繊維の表面に付着した複数のナノサイズのセルロース繊維を含む。
【００２５】
多くの態様の一部では、本開示は、環境に優しく、持続可能で、費用効果の高い機能性材料、その配合物、およびその製造方法を提供する。一部の実施形態では、材料は紙ベースである。一部の実施形態では、材料は、食品包装業界における使用に適している。一部の実施形態では、材料は複合材料である。一部の実施形態では、材料は、（ｉ）バガス繊維由来のミクロもしくはナノフィブリル化セルロースおよび／または（ｉｉ）さまざまな米国ＦＤＡ承認済み再生可能ポリマーと組み合わせた、サトウキビ産業の副生成物であるバガス繊維の複合材である。一部の実施形態では、材料は、気体および／または液体に対して半透過性である。一部の実施形態では、材料は、気体および／または液体に対して不透過性である。一部の実施形態では、製造方法は規模を拡大できる（例えば、製造規模）。一部の実施形態では、製造方法は、環境に優しいグリーンテクノロジーを使用する。一部の実施形態では、材料は、食品貯蔵、輸送、料理容器および食品配膳における使用に適している。一部の実施形態では、材料は、熱、油、油脂、水またはこれらの任意の組合せに対して耐性がある。一部の実施形態では、材料は、従来の繊維紙または繊維由来の紙と比べて、低い透過性を有する。一部の実施形態では、材料は、生分解性の、耐熱性、耐水性および耐油性の紙ベースのカップ麺用容器に使用される。一部の実施形態では、材料は、空気および水分に対して不透過性である。一部の実施形態では、材料は、空気および水分を通さないコーヒーカプセルに使用される。一部の実施形態では、材料は、電子レンジ対応の長期食品貯蔵用複合材食品容器に使用される。一部の実施形態では、材料は、その内容物（例えば、食品）の品質および安全を維持する。一部の実施形態では、材料は、即席麺用カップ、食品トレイおよびコーヒーカプセルにおける使用に適している。再生可能性に加えて、紙の原料（例えば、セルロース）は、バイオ起源であるため、上昇し続ける大気中の二酸化炭素レベルにとって、天然のカーボンシンクとしての役目も果たす。
【００２６】
一部の態様では、本明細書に開示されているのは、紙ベースの材料（例えば、プリフォーム、複合材）の配合物、およびその製造方法である。一部の実施形態では、材料は、半透過性または不透過性である。一部の実施形態では、材料は、必要な耐熱性、耐油性および／または耐水性を持つ。一部の実施形態では、紙ベースの材料は、熱特性、機械特性および粘弾性特性に特徴がある。一部の実施形態では、セルロース繊維（例えば、ミクロフィブリル、ナノフィブリル）は、植物パルプ（例えば、バガス、サトウキビ、亜麻、木材または綿）から抽出することができる。一部の実施形態では、本明細書に開示の材料および方法は、食品容器または包装用途（例えば、即席麺用カップおよびコーヒーカプセル）の製造に有用である。一部の実施形態では、材料および製造プロセスは、大量のこれらの食品容器／パッケージを製造するためにスケールアップすることができる。
【００２７】
一部の態様では、本明細書に開示の材料の製造方法は、ミクロまたはナノフィブリル化繊維（例えば、バガス繊維）を製造するステップを含む。一部の実施形態では、本明細書において提供されるのは、熱、気体および／または液体に対して半透過性または不透過性の複合材料を製造するための方法である。一部の実施形態では、ミクロまたはナノフィブリル化繊維は、繊維を粉砕機および／またはホモジナイザーに通過させることによって調製される。一部の実施形態では、ミクロまたはナノフィブリル化繊維は、従来の繊維ベースの紙構造内に存在する空隙を塞ぎ、これによって「階層的」繊維プリフォームとして公知である。
【００２８】
一部の態様では、本明細書において同様に提供されるのは、製品の用途に応じて、上述の製造された「階層的」プリフォームを熱可塑性または熱硬化性樹脂と組み合わせることによって複合材（例えば、不透過性の紙ベースの材料）を製造するための方法である。このような複合構造を形成するために、３つの手法をとることができる：（ｉ）プリフォームを熱可塑性フィルムとラミネートし、それによってサンドイッチ構造を作り出す、（ｉｉ）プリフォームに低粘度熱硬化性樹脂を含浸させる、（ｉｉｉ）初期繊維懸濁液の湿式粉末含浸と、その後の熱圧密および乾燥。一部の実施形態では、ゆりかごから墓場までのライフサイクルアセスメントが、これらの製品のグリーン認定を定量化するために実施される。
【００２９】
一部の態様では、本明細書に開示されているのは、製造プロセスおよび製品の経済的実現可能性およびグリーン認定（ｇｒｅｅｎ  ｃｒｅｄｅｎｔｉａｌ）（ライフサイクルアセスメントＬＣＡ）を評価するための情報である。製造されたＭＦＣ／ＮＦＣ強化繊維強化複合材食品包装材料のグリーン認定を確認するために、製造された複合材食品容器の包括的な初期段階のライフサイクルアセスメントを実施して、材料（例えば、複合材容器）に関連する潜在的な環境影響を評価することができる。ＬＣＡは、目的、システム境界およびモデルの入力パラメータを明確にするために、注意深い範囲と目標の定義を必要とする。ライフサイクル影響評価は、これらのデータを、選択された環境影響カテゴリーの値に変換することができる。
【００３０】
セルロース繊維
【００３１】
セルロースは、β（１−４）グリコシド結合によって結合された２つのＤ−アンヒドログルコース環を含む繰り返し単位からなる直鎖状巨大分子である。セルロースは、地球上で最も豊富な有機ホモポリマーである。セルロース繊維には、医薬品および化粧品業界、製紙業界、最近では、いわゆる「グリーン」（ナノ）複合材の製造のための複合材において多くの産業用途がある。バイオベースの包装に関して、セルロースはまた、紙の形態でフレキシブルな食品包装に使用されてきた。紙は、強くて剛性があり、印刷可能で、容易に製造できて、持続可能で費用効果が高いため、フレキシブル包装において使用されることが多い。紙ベースのフレキシブルな食品包装の顕著な例は、乾燥スープ用パウチである。しかし、独立した基材としての紙は、低バリア性を有する。その代わり、紙は、多くの場合、高バリア性を持つ材料を組み合わせるラミネートされた包装の一部として使用される。小麦粉袋／砂糖袋は、例えば、ポリエチレンラミネート紙からなる。さらに、あらゆる食品は、その安定性、食感および風味に関して最適な水分含量を有する。水分含量を適切なレベルに保持するために、紙は、多くの場合、ポリマー、ワックスおよびアルミニウム箔でラミネートして、水蒸気の損失または空気などの酸化剤の侵入を防がなくてはならない。しかし、長期食品貯蔵用の構造的な（乾燥した）食品容器としての紙ベースの製品の使用は、このラミネートされた構造（例えば、紙）の主要な構造部品が必要な強度／剛性を持たないため、まだ実現されていない。
【００３２】
一部の実施形態では、繊維は、動物由来または植物由来である。一部の実施形態では、繊維は、アバカ、竹、バナナ、コイア、ヤシ殻、綿、亜麻、ヘネケン、大麻、ホップ、黄麻、ヤシ、ラミーまたはサイザルのうちの１つまたは複数などの植物から抽出される。天然繊維は、それらの世界的な利用可能性、高い比強度および比弾性率、低密度、生分解性および再生可能性を含むいくつかの利点を有する。一部の実施形態では、植物繊維などの天然繊維は、例えば、複合材料における補強ポリマーに使用される。一部の実施形態では、天然繊維にさらに疎水性を与える（それによって、親水性の天然繊維と疎水性のポリマーマトリックスとの間の親和性を改善する）方法には、シリル化（Ｍｅｈｔａ  Ｇ，  Ｄｒｚａｌ  Ｌ  Ｔ，  Ｍｏｈａｎｔｙ  Ａ  Ｋ，  Ｍｉｓｒａ  Ｍ．  Ｊ  Ａｐｐｌ  Ｐｏｌｙｍ  Ｓｃｉ．  ２００６年；９９巻（３号）：１０５５〜１０６８頁；Ｇａｎａｎ  Ｐ，  Ｇａｒｂｉｚｕ  Ｓ，  Ｌｌａｎｏ−Ｐｏｎｔｅ  Ｒ，  Ｍｏｎｄｒａｇｏｎ  Ｉ．  Ｐｏｌｙｍ  Ｃｏｍｐｏｓ．２００５年；２６巻（２号）：１２１〜１２７頁；Ｐｏｔｈａｎ  Ｌ  Ａ，  Ｔｈｏｍａｓ  Ｓ，  Ｇｒｏｅｎｉｎｃｋｘ  Ｇ．  Ｃｏｍｐｏｓ  Ｐｔ  Ａ−Ａｐｐｌ  Ｓｃｉ  Ｍａｎｕｆ．２００６年；３７巻（９号）：１２６０〜１２６９頁；およびＶａｌａｄｅｚ−Ｇｏｎｚａｌｅｚ  Ａ，  Ｃｅｒｖａｎｔｅｓ−Ｕｃ  Ｊ  Ｍ，  Ｏｌａｙｏ  Ｒ，  Ｈｅｒｒｅｒａ−Ｆｒａｎｃｏ  ＰＪ．  Ｃｏｍｐｏｓ  Ｐｔ  Ｂ−Ｅｎｇ．１９９９年；３０巻（３号）：３２１〜３３１頁）、アセチル化（Ｔｓｅｒｋｉ  Ｖ、Ｚａｆｅｉｒｏｐｏｕｌｏｓ  Ｎ  Ｅ、Ｓｉｍｏｎ  Ｆ、Ｐａｎａｙｉｏｔｏｕ  Ｃ、Ｃｏｍｐｏｓ  Ｐｔ  Ａ−Ａｐｐｌ  Ｓｃｉ  Ｍａｎｕｆ．、２００５年；３６巻（８号）：１１１０〜１１１８頁）、ベンゾイル化（Ｎａｉｒ  ＫＣＭ、Ｔｈｏｍａｓ  Ｓ、Ｇｒｏｅｎｉｎｃｋｘ  Ｇ、Ｃｏｍｐｏｓ  Ｓｃｉ  Ｔｅｃｈｎｏｌ、２００１年；６１巻（１６号）：２５１９〜２５２９頁）、マレエート化カップリング剤（Ｍｉｓｈｒａ  Ｓ、Ｎａｉｋ  Ｊ  Ｂ、Ｐａｔｉｌ  Ｙ  Ｐ、Ｃｏｍｐｏｓ  Ｓｃｉ  Ｔｅｃｈｎｏｌ、２０００年；６０巻（９号）：１７２９〜１７３５頁）、イソシアネート処理（Ｇｅｏｒｇｅ  Ｊ、Ｊａｎａｒｄｈａｎ  Ｒ、Ａｎａｎｄ  Ｊ  Ｓ、Ｂｈａｇａｗａｎ  Ｓ  Ｓ、Ｔｈｏｍａｓ  Ｓ、Ｐｏｌｙｍｅｒ、１９９６年；３７巻（２４号）：５４２１〜５４３１頁）および天然繊維のポリマーグラフト化（Ｋａｉｔｈ  Ｂ  Ｓ、Ｋａｌｉａ  Ｓ、Ｅｘｐｒｅｓｓ  Ｐｏｌｙｍ  Ｌｅｔｔ、２００８年；２巻（２号）：９３〜１００頁）が含まれていた。
【００３３】
一部の実施形態では、マイクロメートルスケールおよびナノメートルスケールのセルロース繊維（それぞれミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）およびナノフィブリル化セルロース（ＮＦＣ）と呼ばれる）は、パルプ溶液を高圧ホモジナイザーまたは粉砕機のいずれかに通過させることによって、マイクロメートルサイズのセルロース繊維のフィブリル化により製造することができる。これらのＭＦＣおよびＮＦＣは、その紙の形態で優れた機械特性を有し、測定される引張弾性率および引張強さは、それぞれ最大１５ＧＰａおよび２３２ＭＰａ（通常の紙の５倍の引張強さ）で、高いガスバリア性を持つ。これは、普通ならアクセスできないセルロース繊維内のヒドロキシル基を遊離させるフィブリル化プロセスの結果であり得る。その結果、ヒドロキシル基は、水素結合の形成によって同様の繊維とより強く結合することができる。一部の実施形態では、ＮＦＣは、パルプ繊維と結合して、ナノセルロース強化されたパルプ繊維強化全セルロース（ナノ）複合材を製造することができる。一部の実施形態では、繊維（例えば、バガス繊維）の充填効率は、形成されたシートの気体透過性に影響を与え得る。繊維間の充填効率を高めるために、プリフォーム製造プロセスの間にパルプ繊維を結合するためだけではなく、パルプ繊維網内に存在する隙間を充填して、得られる紙ベースの製品のガスバリア性を改善するためにもＮＦＣが使用され得ることが想定できる。一部の実施形態では、これらのより短く、より小さいセルロース系繊維は、繊維表面に天然に存在する空隙ならびに繊維間の隙間を塞ぐことができて、かつ／または形成される繊維シートの気体／液体透過性を低下させることができる。さらに大きなセルロース系繊維の多孔質性も、空気が天然の断熱材であるので、得られる最終製品の断熱を助けることができる。不透過性の紙ベースの材料をさらに製造するために、存在する階層的紙ベースの構造は、従来の樹脂トランスファー成形を使用してＦＤＡ承認済みポリマー樹脂が含浸される。ポリマーは、気体および液体に対して不透過性の全体構造を与えるはずである。
【００３４】
一部の実施形態では、本明細書に開示のナノセルロースは、単離されたナノセルロースであり、例えば、ナノセルロースがバクテリアセルロースである場合、支持材料は、セルロース産生微生物がない状態でバクテリアセルロースの水性分散液と接触する。一部の実施形態では、ナノセルロースは、水性ナノセルロース分散液の生成前に抽出、単離および／または精製される。一部の実施形態では、ナノセルロースは、１００ｎｍより小さい少なくとも１つの寸法（例えば、高さ、長さまたは奥行き）を持つ結晶セルロースである。ナノセルロースの供給源は限定されない。一部の実施形態では、ナノセルロースは、木材パルプまたは綿などの植物から抽出され、または被嚢類などの動物から抽出することができる。あるいは、セルロースは、バクテリアによって産生することができる。ナノセルロースは、ナノフィブリル化セルロース、セルロースナノウィスカーまたはバクテリアセルロースとして提供することができる。一部の実施形態では、本明細書のナノセルロースは、支持材料とのその接触の前に精製することができる。ナノセルロースがバクテリアセルロースである場合、バクテリアセルロースは、すべての微生物を除去する塩基性条件を使用する処理によって精製することができる。あるいは、セルロースは、遠心分離によって精製することができる。一部の実施形態では、本明細書のナノセルロースは、その供給源（例えばナタデココなどの食料品）から抽出することができ、またはセルロース産生微生物の細菌培養物から単離することができる。このようなセルロース産生微生物の例には、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ属、Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ属、Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ属、Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ属、Ｓａｒｃｉｎａ属および／またはＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ属に属する微生物が含まれる。微生物は、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ  ｘｙｌｉｎｕｍ  ＢＰＲ２００１など、撹拌条件の培養物に適合させた菌株にすることができる。ツニシンと呼ばれるセルロースウィスカーは、海洋動物である被嚢類から抽出することもできる。一部の実施形態では、バクテリアセルロースまたはナノセルロースは、特定の細菌株によって産生することができ、最も効率的な産生株はＡｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ  ｘｙｌｉｎｕｍである。
【００３５】
一部の態様では、本明細書に開示されているのは、ミクロおよび／またはナノフィブリル化（または任意のセルロース系）繊維（例えば、バガス繊維）を製造する方法である。一部の実施形態では、繊維（例えば、バガス繊維）は、例えば、コロイドミルによって微細化される。一部の実施形態では、微細化された繊維プリフォームを製造するために、繊維由来の市販の溶解パルプが出発材料として使用される。一部の実施形態では、溶解パルプは、例えば、炭水化物分析において示される約９０〜９９重量％（例えば、９７．７重量％）のセルロースおよび約１〜１０重量％（例えば、２．３重量％）のヘミセルロースからなる。一部の実施形態では、繊維由来溶解パルプは、再循環コロイドミル（例えば、ＪＭ−６０、Ｂｅａｎ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ、Ｔｉａｎｇａｎｇ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  Ｃｏ．Ｌｔｄ．、ＷＨＥＲＥ、Ｃｈｉｎａ）を使用して微細化される。一部の実施形態では、コロイドミルは、最大出力（例えば、１．５ｋＷ）で運転する。一部の実施形態では、ミル粉砕の前に、繊維由来溶解パルプが水に一晩浸漬され、（例えば、７ｇＬ−１の濃度で）ブレンドされて、均質な繊維懸濁液が生成される。一部の実施形態では、繊維懸濁液は、微細化のために、約６分、約１２分、約１８分、約３０分、約４５分、約６０分、約９０分、約１２０分、約１５０分、約１８０分、約２４０分、約３００分または約３６０分でコロイドミルに供給される。
【００３６】
一部の実施形態では、繊維プリフォームは、製紙プロセスを使用して製造され、それによって、（例えば、７ｇＬ−１の濃度の）あらかじめ（微細化された）繊維懸濁液が濾紙（例えば、直径１８ｃｍ）上で減圧濾過され、過剰な水が除去される。一部の実施形態では、湿潤濾過ケークを圧密および乾燥するために、湿潤濾過ケークが、ある荷重および温度（例えば、それぞれ１．５ｔおよび１２０℃）で１〜５時間（例えば、２時間）熱プレスされ、硬い繊維プリフォームが製造される。一部の実施形態では、繊維プリフォームは、約４００〜８００ｇｍ−２（例えば、６００ｇｍ−２）の坪量および約１〜５ｍｍ（例えば、２ｍｍ）の厚さを有する。
【００３７】
一部の実施形態では、本明細書のナノセルロースは、約０．１〜１００ｎｍ、約０．５〜５０ｎｍ、約１〜２０ｎｍもしくは約１〜１０ｎｍ、例えば、約：１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５もしくは１００ｎｍの平均径を有する。一部の実施形態では、セルロースは、約０．５〜５０ｎｍ、約１〜２０ｎｍもしくは約１〜１０ｎｍ、例えば、約：１、２、３、４、５、６、７、８、９もしくは１０ｎｍの平均厚さを有するナノ繊維として提供される。一部の実施形態では、セルロース繊維は、約：０．５〜１００ｎｍ、１〜５０ｎｍもしくは５〜２０ｎｍの平均幅を有する。一部の実施形態では、セルロース繊維は、約：０．５〜１０００マイクロメートル、１〜５００マイクロメートル、１〜１００マイクロメートル、１〜５０マイクロメートル、１〜２０マイクロメートル、１〜１０マイクロメートル、１〜５マイクロメートル、０．１〜１０マイクロメートルもしくは０．１〜５マイクロメートルの平均長を有する。一部の実施形態では、セルロースは、リボン形のナノフィブリルなどのナノファイバーとして製造される。
【００３８】
一部の実施形態では、本明細書のナノセルロースは、水性分散液、懸濁液またはスラリーの形態で提供される。一部の実施形態では、ナノセルロースの大部分は水溶液に溶解しない。分散液は、ナノセルロースを水溶液（例えば水）と混合することによって調製することができる。ナノセルロースは、かき混ぜることによって（例えば、撹拌、超音波処理、コロイドミル粉砕、摩砕または均質化によって）水と混合することができる。一部の実施形態では、本明細書の支持体は、ナノセルロースの水性分散液と接触し、例えば、支持体は、（例えば、スラリーディッピングによって）ナノセルロースの水性分散液に浸漬またはディッピングされる。支持体は、ナノセルロースの水性分散液と室温で、１〜２時間から７日まで（例えば、２〜５日、または３日などの１〜７日）の期間接触させる。支持体のコーティングを可能にするのに必要な時間は、支持体の親水性および／または吸水率に依存する。一部の実施形態では、最低限必要な時間は、水に浸漬されたときに支持体の最大水分飽和度を得るのに必要な時間である。
【００３９】
一部の実施形態では、本明細書の支持体は、ポリマーとして提供される。一部の実施形態では、支持体は、ペレット、粉末、緩い繊維、織繊維もしくは不織繊維マット、紐またはトウとして提供することができる。一部の実施形態では、ポリマーは、例えば、複合材料の製造のための補強成分またはマトリックス成分である。例えば、支持体は、親水性の支持体である。一部の実施形態では、支持体は、繊維として以外にも、繊維、ペレットまたは粉末の形態で提供される。ポリマーは、合成ポリマーまたは天然由来のポリマーもしくは天然に存在するポリマーにすることができる。特に、ポリマーは、天然に存在する繊維または合成ポリマーベースの繊維であってもよい。一部の実施形態では、ポリマーは親水性ポリマーである（例えば、ポリマーは水素結合部位を与える）。一部の実施形態では、ポリマーは、ポリ（乳酸）（ＰＬＡ）、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）、バクテリアポリエステルなどの合成バイオ由来ポリマー、または酢酸酪酸セルロース（ＣＡＢ）、酪酸セルロースなどの合成、半合成もしくは修飾セルロースポリマー、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｒｙｌａｔｅ）（ＰＭＭＡ）、アクリル化エポキシ化大豆油（ＡＥＳＯ）、エポキシ化亜麻仁油、リヨセルあるいはレーヨンにすることができる。一部の実施形態では、ポリマーは、小麦グルテン、トウモロコシのゼイン、羊毛、セルロースまたはデンプンなどの天然に存在するポリマーにすることができる。繊維は、植物または動物から誘導または得ることができる。特に、繊維は、アバカ、竹、バナナ、コイア、ヤシ殻、綿、亜麻、ヘネケン、大麻、ホップ、黄麻、ヤシ、ラミーまたはサイザルのうちの１つまたは複数などの植物から抽出される。
【００４０】
材料
【００４１】
一部の態様では、本明細書において提供されるのは、パルプおよびフィブリル化セルロースを含む材料であり、パルプおよび／またはフィブリル化セルロースは、植物繊維から誘導される。一部の実施形態では、植物繊維は、バガス、亜麻、大麻、ヤシおよびこれらの任意の組合せからなる群から選択される。一部の実施形態では、植物繊維はバガスを含む。一部の実施形態では、フィブリル化セルロースはミクロフィブリル化セルロースを含む。一部の実施形態では、フィブリル化セルロースはナノフィブリル化セルロースを含む。一部の実施形態では、フィブリル化セルロースおよびパルプは、（１：１００〜１：１）、（１：９０〜１：５０）、（１：８０〜１：６０）、（１：７０〜１：５０）、（１：６０〜１：４０）、（１：５０〜１：３０）、（１：５０〜１：５）、（１：４０〜１：５）、（１：３０〜１：１）、（１：２０〜１：１）もしくは（１：１０〜１：１）、例えば、約１対（１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９もしくは１００）の重量比で存在する。一部の実施形態では、パルプおよびフィブリル化セルロースは、約１対（１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９もしくは２０）の重量比で存在する。一部の実施形態では、フィブリル化セルロースは、約１００ｎｍ未満、例えば、約：１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９もしくは１００ｎｍ未満の平均径を有する。一部の実施形態では、材料は、約：１〜１００、１〜９０、１〜８０、１〜７０、１〜６０、１〜５０、１〜４０、１〜３０、１〜２５、１〜２０もしくは１〜１０μｍ、あるいは約１５μｍまたはそれ未満、例えば、約５μｍまたはそれ未満の平均径を有する。一部の実施形態では、材料は、約：０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２、２．１、２．２、２．３、２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９、３、３．１、３．２、３．３、３．４、３．５、３．６、３．７、３．８、３．９、４、４．１、４．２、４．３、４．４、４．５、４．６、４．７、４．８、４．９、５、５．１、５．２、５．３、５．４、５．５５．６、５．７、５．８、５．９、６、６．１、６．２、６．３、６．４、６．５、６．６、６．７、６．８、６．９、７．０、７．１、７．２、７．３、７．４、７．５、７．６、７．７、７．８、７．９、８．０、８．１、８．２、８．３、８．４、８．５、８．６、８．７、８．８、８．９、９、９．１、９．２、９．３、９．４、９．５、９．６、９．７、９．８、９．９もしくは１０ｇ／ｃｍ３以上のエンベロープ密度を有する。一部の実施形態では、材料は、約０．９ｇ／ｃｍ３またはそれよりも高い、例えば、約１．２ｇ／ｃｍ３またはそれよりも高いエンベロープ密度を有する。一部の実施形態では、材料は、約：１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９もしくは１００パーセント（％）以下の空隙率を有する。一部の実施形態では、材料は、約：１〜５０％、１〜４０％、１〜３０％、１〜２５％、１〜２０％、１〜１５％、１〜１０％、１〜５％、１〜２．５％もしくは約４８％またはそれ未満、例えば、約３０％またはそれ未満の空隙率を有する。一部の実施形態では、材料は、約：１００、２００、３００、４００、５００、７５０、１０００、１２５０、１５００、２０００、２５００、３０００、５０００、１００００、１５０００、２００００、２５０００、３００００、３５０００、４００００、４５０００もしくは５００００秒のガーレー時間を有する。一部の実施形態では、材料は、約２６０秒またはそれよりも長い、例えば、３８，０００秒より長いガーレー時間を有する。一部の実施形態では、材料は、約：（０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１、０．１１、０．１２、０．１３、０．１４、０．１５、０．１６、０．１７、０．１８、０．１９、０．２、０．２１、０．２２、０．２３、０．２４、０．２５、０．２６、０．２７、０．２８、０．２９、０．３０、０．３１、０．３２、０．３３、０．３４、０．３５、０．３６、０．３７、０．３８、０．３９、０．４０、０．４１、０．４２、０．４３、０．４４、０．４５、０．４６、０．４７、０．４８、０．４９、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、２、３、４、５、６、７、８、９もしくは１０）ｘ１０−７ｍ３Ｐａ−１ｍ−２ｓ−１以下の透気度を有する。一部の実施形態では、材料は、約５ｘ１０−７ｍ３Ｐａ−１ｍ−２ｓ−１またはそれ未満、例えば、０．０３ｘ１０−７ｍ３Ｐａ−１ｍ−２ｓ−１未満またはそれ未満の透気度を有する。一部の実施形態では、材料は、約：２００００、１５０００、１００００、９０００、８０００、７０００、６０００、５０００、４０００、３０００、２０００、１０００、９００、８００、７００、６００、５００、４００、３００、２００、１９０、１８０、１７０、１６０、１５０、１４０、１３０、１２０、１１０、１００、９０、８０、７０、６０、５０、４０、３０、２０もしくは１０ｃｍ３ｍ−２ｄ−１（またはｃｍ３／（ｍ２２４ｈ・ａｔｍ）もしくはｃｍ３／（ｍ２２４ｈ・Ｍｐａ））以下の酸素透過速度（ＯＴＲ）を有する。一部の実施形態では、材料は、約１００００ｃｍ３ｍ−２ｄ−１またはそれ未満、例えば、約４０００ｃｍ３ｍ−２ｄ−１またはそれ未満のＯＴＲを有する。一部の実施形態では、材料は、約：１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２１５、２２０、２２５、２３０、２３５、２４０、２４５、２５０、２５５、２６０、２６５、２７０、２７５、２８０、２８５、２９０、２９５、３００、３２０、３４０、３６０、３８０、４００、４５０、５００、６００、７００、８００、９００もしくは１０００ｇｍ−２ｄ−１（またはｇ／（ｍ２２４ｈ））以下の水蒸気透過速度（ＷＶＴＲ）を有する。一部の実施形態では、材料は、約２６０ｇｍ−２ｄ−１またはそれ未満、例えば、約２１５ｇｍ−２ｄ−１またはそれ未満のＷＶＴＲを有する。一部の実施形態では、材料は、約：０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２、２．１、２．２、２．３、２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９、３、３．１、３．２、３．３、３．４、３．５、３．６、３．７、３．８、３．９、４、４．１、４．２、４．３、４．４、４．５、４．６、４．７、４．８、４．９、５、５．１、５．２、５．３、５．４、５．５５．６、５．７、５．８、５．９、６、６．１、６．２、６．３、６．４、６．５、６．６、６．７、６．８、６．９、７．０、７．１、７．２、７．３、７．４、７．５、７．６、７．７、７．８、７．９、８．０、８．１、８．２、８．３、８．４、８．５、８．６、８．７、８．８、８．９、９、９．１、９．２、９．３、９．４、９．５、９．６、９．７、９．８、９．９もしくは１０パーセント（％）以下の吸水率を有する。一部の実施形態では、材料は、約５％またはそれ未満、例えば、約２％またはそれ未満の吸水率を有する。一部の実施形態では、材料は、例えば、ヒマシ油を用いて測定して、約：０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２、２．１、２．２、２．３、２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９、３、３．１、３．２、３．３、３．４、３．５、３．６、３．７、３．８、３．９、４、４．１、４．２、４．３、４．４、４．５、４．６、４．７、４．８、４．９、５、５．１、５．２、５．３、５．４、５．５５．６、５．７、５．８、５．９、６、６．１、６．２、６．３、６．４、６．５、６．６、６．７、６．８、６．９、７．０、７．１、７．２、７．３、７．４、７．５、７．６、７．７、７．８、７．９、８．０、８．１、８．２、８．３、８．４、８．５、８．６、８．７、８．８、８．９、９、９．１、９．２、９．３、９．４、９．５、９．６、９．７、９．８、９．９もしくは１０パーセント（％）未満の吸油率を有する。一部の実施形態では、材料は、例えば、ヒマシ油を用いて測定して、２％未満の吸油率を有する。一部の実施形態では、材料は、油を吸収しない。一部の実施形態では、材料は、約：１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９もしくは１００ＧＰａ以上の引張弾性率を有する。一部の実施形態では、材料は、４ＧＰａよりも高い、例えば、約８ＧＰａまたはそれよりも高い引張弾性率を有する。一部の実施形態では、材料は、約：１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３
２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２１５、２２０、２２５、２３０、２３５、２４０、２４５、２５０、２５５、２６０、２６５、２７０、２７５、２８０、２８５、２９０、２９５、３００、３２０、３４０、３６０、３８０、４００、４５０もしくは５００ＭＰａ以上の引張強さを有する。一部の実施形態では、材料は、約４２ＭＰａまたはそれよりも高い、例えば、約１００ＭＰａまたはそれよりも高い引張強さを有する。一部の実施形態では、材料は、約（１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９もしくは２０）パーセントまたはそれよりも高い破断歪み率を有する。一部の実施形態では、材料は、約４％またはそれよりも高い、例えば、約６％またはそれよりも高い破断歪み率を有する。一部の実施形態では、材料は、約：１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２１５、２２０、２２５、２３０、２３５、２４０、２４５、２５０、２５５、２６０、２６５、２７０、２７５、２８０、２８５、２９０、２９５、３００、３２０、３４０、３６０、３８０、４００、４５０もしくは５００Ｎｍｇ−１よりも高い比引張強さを有する。一部の実施形態では、材料は、５０Ｎｍｇ−１よりも高い、例えば、約８８Ｎｍｇ−１またはそれよりも高い比引張強さを有する。一部の実施形態では、材料は、約（１００、２００、３００、４００、５００、７５０、１０００、１２５０、１５００、２０００、２５００、３０００、４０００、５０００、６００、７０００、８０００、９０００、１００００、１５０００、２００００、２５０００、３００００、３５０００、４００００、４５０００もしくは５００００）ｍＪｍ−２またはそれよりも高い引張エネルギー吸収量を有する。一部の実施形態では、材料は、約１８００ｍＪｍ−２またはそれよりも高い、例えば、約５０００ｍＪｍ−２またはそれよりも高い引張エネルギー吸収量を有する。一部の実施形態では、材料は、植物繊維よりも１〜１００倍高い、例えば、約：１〜１００、１〜９０、１〜８０、１〜７０、１〜６０、１〜５０、１〜４０、１〜３０、１〜２５、１〜２０もしくは１〜１０倍高い曲げ弾性率を有する。一部の実施形態では、材料は、植物繊維よりも約（１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９もしくは１００）倍高い引張弾性率を有する。一部の実施形態では、材料は、植物繊維よりも１〜１００倍高い、例えば、約：１〜１００、１〜９０、１〜８０、１〜７０、１〜６０、１〜５０、１〜４０、１〜３０、１〜２５、１〜２０もしくは１〜１０倍高い引張強さを有する。一部の実施形態では、材料は、植物繊維よりも約（１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９もしくは１００）倍高い曲げ強さを有する。一部の実施形態では、材料は、植物繊維よりも約（１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９もしくは１００）倍高い曲げ弾性率を有する。一部の実施形態では、材料は、植物繊維よりも１〜１００倍高い、例えば、約：１〜１００、１〜９０、１〜８０、１〜７０、１〜６０、１〜５０、１〜４０、１〜３０、１〜２５、１〜２０もしくは１〜１０倍高い曲げ強さを有する。一部の実施形態では、材料は、植物繊維よりも約（１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９もしくは１００）倍高い曲げ強さを有する。一部の実施形態では、材料は、植物繊維よりも１〜１００倍高い、例えば、約：１〜１００、１〜９０、１〜８０、１〜７０、１〜６０、１〜５０、１〜４０、１〜３０、１〜２５、１〜２０もしくは１〜１０倍高い貯蔵弾性率を有する。一部の実施形態では、材料は、植物繊維よりも約（１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９もしくは１００）倍高い貯蔵弾性率を有する。一部の実施形態では、本明細書に開示の材料は、気体（例えば、加熱空気）および液体（例えば、水、油）に対して半透過性である。一部の実施形態では、本明細書に開示の材料は、気体（例えば、加熱空気）および液体（例えば、水、油）に対して不透過性である。
【００４２】
一部の態様では、本明細書に開示されているのは、ナノセルロースでコーティングされた支持材料表面である。一部の実施形態では、コーティングのナノセルロースは、支持体表面に対して垂直に配向している。一部の実施形態では、ナノセルロースは、高密度ナノセルロースコーティングとして提供される。一部の実施形態では、支持材料は、ナノセルロースによって一緒に結合される。一部の実施形態では、ナノセルロースは、高密度ナノセルロースコーティングとして提供される。一部の実施形態では、ナノセルロースは、毛状繊維コーティングとして提供される。一部の実施形態では、ナノセルロースが支持材料の表面に対して垂直に配向している、支持材料の表面の高密度ナノセルロースコーティング層またはナノセルロースコーティング毛状繊維のいずれかの製造は、非修飾支持材料と比較したとき、支持材料の表面積の増加につながる。一部の実施形態では、表面コーティング支持材料は、一部または実質的にすべての表面がナノセルロースでコーティングされた支持材料である。これは、高密度の毛状支持体でコーティングされた支持材料を包含する。この用語はまた、ナノセルロースが支持材料をコーティングし、また、支持材料を一緒に結合するバインダーとして働く支持材料を包含するものとする。一部の実施形態では、表面コーティング支持材料は、ナノセルロースによって一緒に結合された支持材料を含む本体を包含する。一部の実施形態では、支持材料の表面モフォロジー（例えば、毛状繊維内または高密度層内でコーティングされているかどうか）は、支持材料の表面を視覚的に検査することによって、例えば、走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）によって確認される。
【００４３】
一部の実施形態では、ナノセルロースの高密度層は、ナノセルロースでコーティングされた支持材料であり、ナノセルロース繊維は、支持材料の表面に沿って十分に配向して、実質的に連続した層を形成している。一部の実施形態では、高密度層は、互いの上に積層または重層されたナノセルロース繊維から構成することができて、支持体に最も近い繊維は、繊維の長軸の少なくとも一部が支持体と接触している。一部の実施形態では、支持体の上の高密度層の厚さを増すために、ナノセルロース繊維が、繊維と接触している支持体の上に積層または重層される。一部の実施形態では、ナノセルロース繊維は、支持材料と接触していない。一部の実施形態では、本明細書に開示の支持材料はナノセルロースでコーティングされ、コーティングの一部は、支持体表面と接触しており、支持体表面と接触したコーティングの部分の繊維は、その長軸の少なくとも一部または部分が支持体表面と接触している。一部の実施形態では、高密度層内の繊維と接触している支持体は、繊維の長軸の少なくとも一部が支持体の表面と接触するように配向している。繊維は、表面と完全に揃う（例えば、接触する）ことができる。この場合、実質的に繊維の長軸は、支持体の表面と接触している。あるいは、繊維は、支持体と接触することができるが、完全に揃うことはできない。この場合、繊維の長軸の一部が表面と接触している。繊維は、支持体と接触しており、連続層が形成されるように互いに接触している。高密度層は、伸びた形態の繊維の提供、および／または繊維が折り畳まれた場合を包含する。
【００４４】
一部の実施形態では、毛状繊維または毛状支持体は、ナノセルロースの少なくとも一部が支持材料の表面に対して垂直に配向している、ナノセルロースでコーティングされた支持材料である。コーティングのナノセルロースが「垂直に配向」している場合、本開示の文脈において、一部または実質的にすべてのナノセルロースは、支持材料の表面と揃っておらず、そこからある角度で延びる（これは、支持材料の表面に対して９０度の角度で延びるナノセルロースを包含するだけでなく、表面と完全に揃っておらず、そこから任意の角度で延びるナノセルロースも包含する）。
【００４５】
一部の態様では、本開示は、本明細書に開示のプロセスによって得ることができる表面コーティング支持材料を提供する。一部の実施形態では、支持体は、ナノセルロースと接触させる前に、大気圧もしくは低圧プラズマ処理またはコロナ処理、溶剤洗浄または抽出、漂白、煮沸、あるいは、例えば水酸化ナトリウム溶液などの塩基性溶液中の洗浄などの物理的または化学的処理によって改質することができる。特に、支持体は、ナノセルロースの水性懸濁液またはスラリーに支持体を曝す前に、有機溶剤（例えば、アセトン、酢酸エチルなど、または、例えば、エタノール、メタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール）などの溶剤で洗浄することができる。
【００４６】
複合材
【００４７】
一部の態様では、本明細書において提供されるのは、材料（例えば、支持材料、プリフォーム）および別のポリマー（例えば、生分解性ポリマー）を含む複合材である。一部の実施形態では、別のポリマーは、ポリ乳酸（ポリラクチド）、キチン、キトサン、アルギン酸、アルギン酸塩（例えば、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸カルシウム、アルギン酸マグネシウム、アルギン酸トリエタノールアミン、アルギン酸カリウム、アルギン酸ストロンチウム、アルギン酸バリウムまたはアルギン酸アンモニウム）、アルギン酸プロピレングリコール、リグニン、熱可塑性デンプン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレングリコール、ポリグリコリド、ポリ（ラクチド−ｃｏ−グリコリド）、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリ（８−カプロラクトン）、ポリオルトエステル、ポリ酸無水物、ポリリシン、ポリエチレンイミン、カルボキシメチルセルロース、アセチル化カルボキシメチルセルロース、ゼラチン、コラーゲン、これらの誘導体、これらの任意の組合せ、またはこれらのコポリマーである。一部の実施形態では、別のポリマーは、繊維の形態である。一部の実施形態では、別のポリマーは、粉末の形態である。ポリマーは、合成ポリマーまたは天然由来のポリマーもしくは天然に存在するポリマーにすることができる。特に、ポリマーは、天然に存在する繊維または合成ポリマーベースの繊維であってもよい。一部の実施形態では、ポリマーは親水性ポリマーである（例えば、ポリマーは水素結合部位を与える）。一部の実施形態では、ポリマーは、ポリ（乳酸）（ＰＬＡ）、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）、バクテリアポリエステルなどの合成バイオ由来ポリマー、または酢酸酪酸セルロース（ＣＡＢ）、酪酸セルロースなどの合成、半合成もしくは修飾セルロースポリマー、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｒｙｌａｔｅ）（ＰＭＭＡ）、アクリル化エポキシ化大豆油（ＡＥＳＯ）、エポキシ化亜麻仁油、リヨセルあるいはレーヨンにすることができる。一部の実施形態では、ポリマーは、小麦グルテン、トウモロコシのゼイン、羊毛、セルロースまたはデンプンなどの天然に存在するポリマーにすることができる。繊維は、植物または動物から誘導または得ることができる。特に、繊維は、アバカ、竹、バナナ、コイア、ヤシ殻、綿、亜麻、ヘネケン、大麻、ホップ、黄麻、ヤシ、ラミーまたはサイザルのうちの１つまたは複数などの植物から抽出される。
【００４８】
一部の実施形態では、複合材は、前記材料または植物繊維よりも１〜１００倍高い、例えば、約：１〜１００、１〜９０、１〜８０、１〜７０、１〜６０、１〜５０、１〜４０、１〜３０、１〜２５、１〜２０もしくは１〜１０倍高い曲げ弾性率を有する。一部の実施形態では、複合材は、前記材料または植物繊維よりも約（１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９もしくは１００）倍高い引張弾性率を有する。一部の実施形態では、複合材は、前記材料または植物繊維よりも１〜１００倍高い、例えば、約：１〜１００、１〜９０、１〜８０、１〜７０、１〜６０、１〜５０、１〜４０、１〜３０、１〜２５、１〜２０もしくは１〜１０倍高い引張強さを有する。一部の実施形態では、複合材は、前記材料または植物繊維よりも約（１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９もしくは１００）倍高い曲げ強さを有する。一部の実施形態では、複合材は、前記材料または植物繊維よりも約（１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９もしくは１００）倍高い曲げ弾性率を有する。一部の実施形態では、複合材は、前記材料または植物繊維よりも１〜１００倍高い、例えば、約：１〜１００、１〜９０、１〜８０、１〜７０、１〜６０、１〜５０、１〜４０、１〜３０、１〜２５、１〜２０もしくは１〜１０倍高い曲げ強さを有する。一部の実施形態では、複合材は、前記材料または植物繊維よりも約（１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９もしくは１００）倍高い曲げ強さを有する。一部の実施形態では、複合材は、前記材料または植物繊維よりも１〜１００倍高い、例えば、約：１〜１００、１〜９０、１〜８０、１〜７０、１〜６０、１〜５０、１〜４０、１〜３０、１〜２５、１〜２０もしくは１〜１０倍高い貯蔵弾性率を有する。一部の実施形態では、複合材は、前記材料または植物繊維よりも約（１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９もしくは１００）倍高い貯蔵弾性率を有する。一部の実施形態では、本明細書に開示される複合材は、気体（例えば、加熱空気）および液体（例えば、水、油）に対して半透過性である。一部の実施形態では、本明細書に開示される複合材は、気体（例えば、加熱空気）および液体（例えば、水、油）に対して不透過性である。
【００４９】
一部の実施形態では、複合材は、約：２００００、１５０００、１００００、９０００、８０００、７０００、６０００、５０００、４０００、３０００、２０００、１０００、９００、８００、７００、６００、５００、４００、３００、２００、１９０、１８０、１７０、１６０、１５０、１４５、１４０、１３５、１３０、１２５、１２０、１１５、１１０、１００、９０、８０、７０、６０、５０、４０、３０、２０、１０、５もしくは１ｃｍ３ｍ−２ｄ−１（またはｃｍ３／（ｍ２２４ｈ・ａｔｍ）もしくはｃｍ３／（ｍ２２４ｈ・Ｍｐａ））以下の酸素透過速度（ＯＴＲ）を有する。一部の実施形態では、複合材は、約５００ｃｍ３ｍ−２ｄ−１またはそれ未満、例えば、約２００ｃｍ３ｍ−２ｄ−１またはそれ未満のＯＴＲを有する。一部の実施形態では、複合材は、約：１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２１５、２２０、２２５、２３０、２３５、２４０、２４５、２５０、２５５、２６０、２６５、２７０、２７５、２８０、２８５、２９０、２９５、３００、３２０、３４０、３６０、３８０、４００、４５０、５００、６００、７００、８００、９００もしくは１０００ｇｍ−２ｄ−１（またはｇ／（ｍ２２４ｈ））以下の水蒸気透過速度（ＷＶＴＲ）を有する。一部の実施形態では、複合材は、約２００ｇｍ−２ｄ−１またはそれ未満、例えば、約１００ｇｍ−２ｄ−１またはそれ未満のＷＶＴＲを有する。一部の実施形態では、複合材は、約：０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２、２．１、２．２、２．３、２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９、３、３．１、３．２、３．３、３．４、３．５、３．６、３．７、３．８、３．９、４、４．１、４．２、４．３、４．４、４．５、４．６、４．７、４．８、４．９、５、５．１、５．２、５．３、５．４、５．５５．６、５．７、５．８、５．９、６、６．１、６．２、６．３、６．４、６．５、６．６、６．７、６．８、６．９、７．０、７．１、７．２、７．３、７．４、７．５、７．６、７．７、７．８、７．９、８．０、８．１、８．２、８．３、８．４、８．５、８．６、８．７、８．８、８．９、９、９．１、９．２、９．３、９．４、９．５、９．６、９．７、９．８、９．９もしくは１０パーセント（％）以下の吸水率を有する。一部の実施形態では、複合材は、約５％またはそれ未満、例えば、約２％またはそれ未満の吸水率を有する。一部の実施形態では、複合材は、例えば、ヒマシ油を用いて測定して、約：０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２、２．１、２．２、２．３、２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９、３、３．１、３．２、３．３、３．４、３．５、３．６、３．７、３．８、３．９、４、４．１、４．２、４．３、４．４、４．５、４．６、４．７、４．８、４．９、５、５．１、５．２、５．３、５．４、５．５５．６、５．７、５．８、５．９、６、６．１、６．２、６．３、６．４、６．５、６．６、６．７、６．８、６．９、７．０、７．１、７．２、７．３、７．４、７．５、７．６、７．７、７．８、７．９、８．０、８．１、８．２、８．３、８．４、８．５、８．６、８．７、８．８、８．９、９、９．１、９．２、９．３、９．４、９．５、９．６、９．７、９．８、９．９もしくは１０パーセント（％）未満の吸油率を有する。一部の実施形態では、複合材は、例えば、ヒマシ油を用いて測定して、２％未満の吸油率を有する。一部の実施形態では、複合材は、油を吸収しない。一部の実施形態では、複合材は、約：１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９もしくは１００ＧＰａ以上の引張弾性率を有する。一部の実施形態では、複合材は、４ＧＰａよりも高い、例えば、約６ＧＰａまたはそれよりも高い引張弾性率を有する。一部の実施形態では、複合材は、約：１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２１５、２２０、２２５、２３０、２３５、２４０、２４５、２５０、２５５、２６０、２６５、２７０、２７５、２８０、２８５、２９０、２９５、３００、３２０、３４０、３６０、３８０、４００、４５０もしくは５００ＭＰａ以上の引張強さを有する。一部の実施形態では、複合材は、約５０ＭＰａまたはそれよりも高い引張強さを有する。一部の実施形態では、複合材は、約（１、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９もしくは２０）パーセントまたはそれよりも高い破断歪み率を有する。一部の実施形態では、複合材は、約１％またはそれよりも高い、例えば、約１．５％またはそれよりも高い破断歪み率を有する。一部の実施形態では、複合材は、約：１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２１５、２２０、２２５、２３０、２３５、２４０、２４５、２５０、２５５、２６０、２６５、２７０、２７５、２８０、２８５、２９０、２９５、３００、３２０、３４０、３６０、３８０、４００、４５０もしくは５００Ｎｍｇ−１よりも高い比引張強さを有する。一部の実施形態では、複合材は、５０Ｎｍｇ−１よりも高い、例えば、約８８Ｎｍｇ−１またはそれよりも高い比引張強さを有する。一部の実施形態では、複合材は、約（１００、２００、３００、４００、５００、７５０、１０００、１２５０、１５００、２０００、２５００、３０００、４０００、５０００、６００、７０００、８０００、９０００、１００００、１５０００、２００００、２５０００、３００００、３５０００、４００００、４５０００もしくは５００００）ｍＪｍ−２またはそれよりも高い引張エネルギー吸収量を有する。一部の実施形態では、複合材は、約１８００ｍＪｍ−２またはそれよりも高い、例えば、約５０００ｍＪｍ−２またはそれよりも高い引張エネルギー吸収量を有する。一部の実施形態では、本明細書に開示の複合材は、気体（例えば、加熱空気）および液体（例えば、水、油）に対して半透過性である。一部の実施形態では、本明細書に開示の複合材は、気体（例えば、加熱空気）および液体（例えば、水、油）に対して不透過性である。
【００５０】
複合材は、２つまたはそれよりも多い異なる成分でできた構造製品である。一部の実施形態では、成分のそれぞれは物理的に異なったままであるが、複合材料は、各成分の特性の相乗的な組合せを示し、極めて有利かつ有用な特性を持つ材料が得られる。一部の実施形態では、複合材は、マトリックス成分および補強成分から構成される。補強材は、材料の特別な機械的および／または物理的特性を実現し、材料の繊維または断片として提供される。マトリックスは、繊維または断片を取り囲んで一緒に結合して、耐久性があり、熱に対して安定であり、腐食に対して安定であり、柔軟で、強く、剛性があり、軽い材料を与える。ガラス繊維または炭素繊維などの合成フィラーを用いて製造された複合材は、異なる成分間の強い相互作用および大きな安定性に基づくそれらの特異な特性のために、スポーツ、自動車および航空宇宙などの多くの用途で広く使用することができる。一部の実施形態では、複合材料の強度および剛性は、補強成分の強度および剛性ならびにマトリックス成分とのその相互作用に依存する。補強材およびマトリックス成分の相互作用を改善すると、より強く、より耐久性があり、応力および摩耗の影響をより受けにくい複合材料が得られる。一部の実施形態では、本明細書の複合材は、熱、気体（例えば、空気）および／または水に対して不透過性である。
【００５１】
一部の実施形態では、本明細書に開示のプロセスによって得ることができる材料は、複合材を製造するための補強剤として使用される。一部の実施形態では、材料は、当業者に公知の任意の従来のマトリックスと組み合わせることができる。材料が生分解性である場合、材料の再生可能性および生分解性を維持するために、ポリ（乳酸）（ＰＬＡ）、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ、バクテリアポリエステル）、ポリカーボネートなどのバイオ由来ポリマー、または修飾セルロースポリマー（酢酸酪酸セルロース（ＣＡＢ）または酪酸セルロース）またはセルロースパルプ、ならびに植物ベースの樹脂（例えばアクリル化エポキシ化大豆油（ＡＥＳＯ）またはエポキシ化亜麻仁油）などのエポキシ樹脂をマトリックスとして使用することができる。一部の実施形態では、本明細書に開示の表面コーティング支持材料は、グリーンな階層的複合材を生み出すために、ポリラクチド、例えばポリ−Ｌ−ラクチド（ＰＬＬＡ）の補強材として使用される。表面コーティング支持材料の表面積が増加すると、表面コーティング支持材料の表面粗さが大きくなり、繊維とマトリックスとの間の機械的なかみ合わせが向上する。得られる複合材は、ニートのＰＬＬＡと比較して、階層的複合材の改善された機械特性、引張特性、粘弾性特性および曲げ特性を示す。
【００５２】
一部の実施形態では、本明細書に開示の複合材料は、補強材およびマトリックスを含み、補強材は、本明細書に開示のプロセスによって得ることができる、または得られた支持材料を含む。一部の実施形態では、複合材料はセルロースナノコンポジットである。一部の実施形態では、マトリックスはセルロースを含む。一部の実施形態では、セルロースは、マトリックス内に分散している。一部の実施形態では、本明細書に開示の複合材料は、補強材およびマトリックスを含み、マトリックスは、本明細書に開示のプロセスによって得ることができる、または得られた表面コーティング支持材料を含む。本明細書のプロセスによって製造された材料を含むマトリックスは、当業者に公知の任意の従来の補強材と組み合わせることができる。マトリックスが生分解性である場合、補強材もまた生分解性である。
【００５３】
一部の態様では、本開示は、本明細書に開示の複合材料、または本明細書に開示のプロセスによって製造された複合材料から製造された物品に関する。複合材料は特に、包装を含むが、これに限定されない低荷重用途における使用、あるいは自動車、家庭用、スポーツおよび／または建設の業界における使用のために提供される。本明細書に開示の物品は、完全に生分解性の複合材料から製造される。
【００５４】
支持材料の製造方法
【００５５】
一部の態様では、本明細書において提供されるのは、植物繊維からフィブリル化セルロースを製造するステップを含む、材料の製造方法である。一部の実施形態では、製造するステップは、植物繊維をホモジナイザーに通過させるステップを含む。一部の実施形態では、ホモジナイザーは、約１〜１００ＭＰａの圧力を発生させる。一部の実施形態では、通過の回数は約２〜１００である。一部の実施形態では、植物繊維をフィブリル化セルロースと混合するステップをさらに含む。一部の実施形態では、混合するステップは、水中で実施される。一部の実施形態では、方法は、共濾過をさらに含む。一部の実施形態では、方法は、材料を圧密するステップをさらに含む。一部の実施形態では、方法は、材料を乾燥するステップをさらに含む。一部の実施形態では、乾燥するステップは、材料を吸収材の間に配置するステップを含む。一部の実施形態では、方法は、３０〜５０℃の温度で材料を乾燥するステップを含む。一部の実施形態では、方法は、５０〜７０℃の温度で材料を乾燥するステップを含む。一部の実施形態では、方法は、７０〜９０℃の温度で材料を乾燥するステップを含む。
【００５６】
一部の実施形態では、本開示は、ミクロセルロースまたはナノセルロースで補強された材料を製造するためのプロセスを提供する。一部の実施形態では、材料は、複合材を製造するための支持体、または支持体プリフォームとして使用される。一部の実施形態では、材料は、熱、気体（例えば、空気）および／または水に対して半透過性である。例えば、ＭＦＣおよび／またはＮＦＣ強化繊維プリフォームは、所望の機械的性能、低酸素透過性、水および／または油脂に対する耐性を有する。
【００５７】
一部の実施形態では、ＭＦＣおよび／またはＮＦＣ繊維（例えば、バガス由来）は、従来の繊維プリフォームのバリア性を向上させる非常に幅広い繊維径分布を伴って製造することができ、例えば、それによって、半不透過性の階層的紙ベースの材料を製造することができる。一部の実施形態では、ＭＦＣおよび／またはＮＦＣの直径および直径分布は、ホモジナイザーの通過の回数および固形分を最適化することによって決まる。一部の実施形態では、ＭＦＣおよび／またはＮＦＣが使用される。幅広い繊維径（例えば、５〜１０００ｎｍ）を持つこのＭＦＣおよび／またはＮＦＣ分散液は、共濾過の前に水中で繊維と混合され、続いて圧密されて繊維プリフォームを製造する。一部の実施形態では、プリフォーム内に存在する空隙は、さまざまな寸法のＭＦＣおよび／またはＮＦＣによって充填され、得られるＭＦＣおよび／またはＮＦＣ強化繊維プリフォームの酸素バリア性、場合によっては水バリア性をさらに向上させる。酸素バリア性および水バリア性は、マイクロメートルサイズの繊維を取り囲む３次元のネットワークを形成するＭＦＣおよび／またはＮＦＣの直径分布の関数として調査される。一部の実施形態では、ＮＦＣの凝集をまず誘発するように、分散媒のイオン強度が変更される。一部の実施形態では、ＮＦＣの凝集は、ランダムかつ非特異的に起こり得る。一部の実施形態では、プリフォームは均一であり、より少ない濾過回数で製造される。一部の実施形態では、ＮＦＣ強化繊維プリフォームの引張特性は、現実世界の用途をシミュレートするために、それぞれＢＳ  ＩＳＯ１９２４およびＢＳ  ＩＳＯ３７８１にしたがって、ベース繊維に対するＮＦＣの比および相対湿度の関数として定量化される。繊維間の結合強度は、ゼロスパン試験（ＢＳ  ＩＳＯ１５３６１：２０００）を使用して測定される。このプロジェクトの主な目的のうちの１つは、低酸素透過性の複合材食品容器を製造することであるので、製造されたプリフォームの酸素に対する透過性が定量化され（ＡＳＴＭ  Ｄ１４３４−８２：２００９または同等のもの）、ベース繊維に対するＮＦＣの比の関数として最適化される。一部の実施形態では、所望の酸素透過性を有するＭＦＣおよび／またはＮＦＣ繊維プリフォームは、不透過性の紙ベースの複合材料を製造するためにさらに精製される。
【００５８】
一部の実施形態では、支持体が天然源から得られるとき、または誘導されるとき、支持体を生分解性にしたり、または補強したりすることができる。支持体の浸漬後、支持体がバクテリアセルロースの水性分散液から取り出されてもよく、乾燥されてもよい。一実施形態では、プロセスは、コーティング支持材料を分散液から取り出すステップ、および／または支持材料を任意選択で乾燥するステップをさらに含む。コーティング支持材料を分散液から取り出すステップは、支持体の機械的抽出によって、例えば、ピンセットを使用することによって実現されてもよい。支持材料は、当技術分野において公知の任意の方法、例えば、空気乾燥、オーブン乾燥、凍結乾燥、減圧乾燥、赤外線照射などにしたがって乾燥することができる。一部の実施形態では、支持材料が乾燥される方法は、支持材料上のバクテリアセルロースコーティングの配向および配列に影響を与えることができ、かつ／あるいは、本明細書に開示の材料または本明細書の方法によって製造される材料の形態を操作するために変更することができる。一部の実施形態では、表面コーティング支持材料は、加熱によって乾燥される。一部の実施形態では、支持材料は、室温を超えて、例えば、５０℃〜１５０℃、６０℃、７０℃、８０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃、１３０℃または１４０℃の温度で乾燥される。乾燥温度は、上述の別個の温度のいずれかから選択される温度の範囲（例えば、７０℃〜９０℃）として設けることができる。乾燥は、空気中または減圧下で実施することができる。支持材料を乾燥すると、材料の表面に高密度ナノセルロース層が生じる。
【００５９】
一部の態様では、本開示は、支持材料をナノセルロースの水性分散液と接触させるステップ、コーティング支持材料を分散液から取り出すステップ、および／または支持材料を７０℃〜９０℃で、８０℃で乾燥するステップを含む、表面コーティング支持材料の製造のためのプロセスを提供する。一部の実施形態では、ナノセルロースは、支持材料の表面のバクテリアセルロース層として提供される。一部の実施形態では、バクテリアセルロース層は、バクテリアセルロースの高密度層である。高密度層内では、バクテリアセルロースが、支持材料を実質的に被覆する層を形成してもよい。一部の実施形態では、表面コーティング支持材料は、濾紙などの吸収材の２つの片の間に支持材料を重層することによって初めに部分的に乾燥される。支持材料からの液体の除去を増加させるために、例えば、荷重を加えることによって、上側および／または下側の吸収材の片に圧力を加えることができる。次いで、支持材料は、３０〜１５０℃、４０℃、５０℃、６０℃、７０℃、８０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃、１３０℃または１４０℃の温度でさらに乾燥することができる。乾燥温度は、上述の別個の温度のいずれかから選択される温度の範囲（例えば、３０℃〜５０℃）として設けることができる。乾燥は、エアオーブン内で実施される。この２段階の乾燥方法は、ナノセルロースが支持材料の表面に対して垂直に配向している毛状「繊維」または毛状支持体の形成につながる。
【００６０】
一部の態様では、本開示は、支持材料をナノセルロースの水性分散液と接触させるステップ、コーティング支持材料を分散液から取り出すステップ、および／または吸収材の２つの片の間に支持材料を重層することによって支持材料を乾燥し、その後、４０℃など、３０℃〜５０℃のエアオーブン内で乾燥するステップを含む、表面コーティング支持材料の製造のためのプロセスを提供する。一部の実施形態では、コーティングのナノセルロースは、支持体表面に対して垂直に配向している。一部の実施形態では、除去する方法は、コーティング支持材料を分散液から取り出すステップ、および／または支持材料を任意選択で乾燥するステップを含み、取り出すステップは、分散液の濾過（例えば、減圧濾過）によって、または蒸発（例えば、減圧下（例えば、減圧下）および／または加熱下）によって実施される。
【００６１】
一部の実施形態では、コーティング支持材料を分散液から取り出すステップおよびコーティング支持材料を乾燥するステップは、単一のステップで、例えば、蒸発によって（例えば、加熱によって、かつ／または減圧下で）実施されてもよい。例えば、蒸発によってコーティング支持材料を分散液から除去し、支持材料を乾燥するために、コーティング支持材料を含む分散液が加熱されてもよい。
【００６２】
コーティング支持材料が濾過によって（例えば、減圧濾過によって）分散液から取り出されるとき、支持材料は、（例えば、ナノセルロースによって結合されたコーティング支持材料を含む本体を形成しながら）ナノセルロースによって一緒に結合されてもよい。コーティング支持材料が濾過によって分散液から取り出される実施形態では、支持材料は、濾紙などの吸収材の２つの片の間に支持材料を重層することによって初めに部分的に乾燥されてもよい。支持材料からの液体の除去を増加させるために、例えば、荷重を加えることによって、上側および／または下側の吸収材の片に圧力を加えることができる。支持材料は、３０〜１５０℃、４０℃、５０℃、６０℃、７０℃、８０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃、１３０℃または１４０℃の温度でさらに乾燥することができる。乾燥温度は、上述の別個の温度のいずれかから選択される温度の範囲（例えば、５０℃〜７０℃）として設けることができる。
【００６３】
一部の態様では、本開示は、支持材料をナノセルロースの水性分散液と接触させるステップ、分散液の濾過によってコーティング支持材料を分散液から取り出すステップ、吸収材の２つの片の間に支持材料を重層することによって支持材料を乾燥するステップ、および／または６０℃など、５０℃〜７０℃のエアオーブン内で任意選択で乾燥するステップを含む、表面コーティング支持材料の製造のためのプロセスを提供する。一部の実施形態では、改質された材料は、室温および室内圧力で保管することができる。
【００６４】
複合材の製造方法
再生可能ポリマーによるＭＦＣ／ＮＦＣ強化繊維プリフォームの含浸
【００６５】
一部の態様では、本明細書において提供されるのは、本明細書に開示の材料に液体樹脂を含浸させるステップを含む、複合材の製造方法である。一部の実施形態では、液体樹脂は、大豆油、亜麻仁油またはＢＩＯＣＯＡＴである。一部の実施形態では、方法は、含浸材料を硬化するステップをさらに含む。別の態様では、本明細書において提供されるのは、植物セルロース、フィブリル化セルロースおよび別のポリマーを懸濁液中で混合するステップを含む、複合材の製造方法である。一部の実施形態では、別のポリマーは、ポリ乳酸、熱可塑性デンプン、バイオ由来ポリエチレンまたはバイオ由来ポリプロピレンである。一部の実施形態では、方法は、複合材を圧密するために熱を加えるステップを含む。一部の実施形態では、方法は、複合材を乾燥するステップを含む。一部の実施形態では、別のポリマーは、繊維の形態である。一部の実施形態では、別のポリマーは、粉末の形態である。
【００６６】
一部の実施形態では、ＭＦＣおよび／またはＮＦＣ強化繊維プリフォーム（例えば、バガス繊維プリフォーム）に再生可能供給源のポリマーが含浸され、それによって複合材を製造する。一部の実施形態では、得られる製品のグリーン認定を維持するために、再生可能ポリマー（ポリ乳酸、熱可塑性デンプン、およびまだ確認されていないその他）が使用される。他の代替には、バイオ由来ポリエチレン（バイオＰＥ）およびバイオ由来ポリプロピレン（バイオＰＰ）が含まれる。バイオＰＥおよびバイオＰＰは生分解性ではないが、これらのポリマーは、優れたバリア性を有することが公知であり、比較のためのモデル系として、または真にグリーンな食品貯蔵容器の実現に向けた最初のステップとしてのいずれかに使用され得る。
【００６７】
２つの可能性のある経路は、製造されたＮＦＣ強化繊維プリフォームにポリマーを含浸させるものである。第１に、ＭＦＣおよび／またはＮＦＣ強化繊維プリフォームがまず製造され、その後、低粘度液体モノマー（大豆油、亜麻仁油またはＢＩＯＣＯＡＴなど）による後含浸が続き、その後、硬化ステップが続く。第２の手法では、ポリマー（粉末状または繊維状）を、ＭＦＣ／ＮＦＣおよび天然のベース繊維と共に分散させる。次いで、得られる懸濁液が、本明細書に開示の手順にしたがって濾過され、その後、圧密、および単一のステップで複合材を製造する乾燥が続く。次いで、加圧下で温度を上げて、さらに、含浸するポリマーマトリックスを溶融して複合材を圧密することによって、実際の複合材食品貯蔵容器が簡単に製造される。第１の手法は、プリフォーム製造の容易さの利点を有する。第２の手法は、単一のステップで複合材を製造する利点を有する。ＭＦＣ／ＮＦＣ強化繊維強化複合材は、（例えば、最低限の複雑さおよび製造ステップ数で）可能な限り効率的に製造される。製造された複合材の吸水率および酸素透過性が定量化される。必要なポリマー／モノマーの量を減らす一方、必要な機械的性能、低い吸水率（ｍｏｉｓｔｕｒｅ  ｕｐｄａｔｅ）および酸素透過性を維持するために、製造ステップにおけるポリマー／モノマーの量を最適化することができる。酸素透過性は、本明細書に開示の方法にしたがって、またはＡＳＴＭ  Ｄ１４３４−８２：２００９もしくは同等のものにしたがって測定される。吸水率を定量するために、動的蒸気収着が使用される。水蒸気透過速度および耐油度は、それぞれＡＳＴＭ  Ｅ９６／Ｅ９６Ｍ−１２およびＴＡＰＰＩ  ４５４にしたがって測定することができる。これに加えて、水分への曝露後は、複合材のどのような変形も望ましくない。一部の実施形態では、水分への曝露後の複合材容器の寸法安定性は、熱機械分析（ＴＭＡ）を使用して調査される。一部の実施形態では、材料のモフォロジーと透水性との間に相関がある。結果は、相対湿度／水分含量の関数として機械的性能と相関し得る。
ＭＦＣ／ＮＦＣ強化繊維プリフォームポリマーラミネートの開発
【００６８】
一部の態様では、本明細書において提供されるのは、先行する請求項のいずれかに記載の材料、ラミネーションおよびポリマーフィルムを重層するステップを含む、複合材の製造方法である。一部の実施形態では、ラミネーションはポリシロキサンを含む。一部の実施形態では、ラミネーションは石油由来ワックスを含む。一部の実施形態では、ポリマーフィルムは、ポリ乳酸、バイオ由来ポリエチレンまたはバイオ由来ポリプロピレンを含む。一部の実施形態では、ポリマーフィルムは、スリットダイを備えたマイクロコンパウンダーによって生成される。一部の実施形態では、重層するステップは、複合材を圧密するステップを含む。一部の実施形態では、圧密するステップは、約５０〜２００℃の温度で実施される。一部の実施形態では、圧密するステップは、約１２０℃の温度で実施される。一部の実施形態では、圧密するステップは、約１〜５ｔ重の圧力で実施される。一部の実施形態では、圧密するステップは、約１．５ｔ重の圧力で実施される。
【００６９】
一部の実施形態では、薄いポリマーフィルムをＭＦＣ／ＮＦＣ強化繊維プリフォーム上にラミネートし、それによってサンドイッチ構造を作り出すことができる。一部の実施形態では、再生可能な熱可塑性プラスチックには、ポリ（乳酸）、バイオベースのポリプロピレンまたはポリエチレンが含まれる。熱可塑性ポリマーがラミネートされたＭＦＣ／ＮＦＣ強化繊維プリフォームを製造するために、ＭＦＣ／ＮＦＣ強化繊維プリフォームがまず製造され、その後、プリフォーム上への適した熱可塑性フィルムのラミネーションが続く。これは、ＭＦＣ／ＮＦＣ強化繊維プリフォーム上への熱可塑性フィルムの熱圧密によって実現することができる。一部の実施形態では、薄いポリマーフィルムは、フィルムライン押出法によって生成することができる。一部の実施形態では、これらのフィルムを生成するために、スリットダイを備えたＤＳＭマイクロコンパウンダーも使用することができる。圧密圧力および温度を含む最適な製造パラメータが確認される。一部の実施形態では、（水に安定な）疎水性部分を熱可塑性フィルム上に導入するために、熱可塑性フィルムのプラズマ処理が実施される。
表面コーティングプリフォームを用いた複合材
【００７０】
一部の態様では、本開示は、複合材料の製造のためのプロセスに関し、本明細書の表面コーティング支持材料を含む補強材は、ポリマーもしくは樹脂などのマトリックスが含浸され、混合され、またはこれらと共に押し出される。ある特定の実施形態では、表面コーティング支持材料は、支持材料がナノセルロースによって一緒に結合される表面コーティング支持材料である。複合材は、樹脂トランスファー成形、シート成形、樹脂注入成形などの任意の適したプロセスを使用して、または粉末含浸、射出成形および圧縮成形によって製造することができる。例えば、表面コーティング支持材料は、アクリル化エポキシ化大豆油（ＡＥＳＯ）またはエポキシ化亜麻仁油などの樹脂が含浸され、次いで、例えば、任意選択で開始種の存在下で、加熱することによって硬化されてもよい。別の例において、表面コーティング支持材料は、ＰＬＡなどのポリマーの溶液に分散されてもよく、この後に溶剤が除去されてもよい。あるいは、表面コーティング支持材料は、ポリマー粉末またはポリマー繊維、熱可塑性ポリマーが含浸され、混合され、またはこれらと共に押し出されて、複合材料を所望の形状に熱成形または熱圧密してもよい。
【００７１】
一部の態様では、本開示は、補強材およびマトリックスを含む複合材料の製造のためのプロセスに関し、補強材は表面コーティング支持材料を含み、複合材料は、マトリックス材料をさらに含むナノセルロースの水性分散液と支持材料を接触させるステップ、濾過、減圧濾過によって複合材料を分散液から取り出すステップ、および／または複合材料を任意選択で乾燥するステップによって製造される。一部の実施形態では、マトリックス材料は、ナノセルロースの水性分散液に分散している。他の実施形態では、マトリックス材料は、ポリマー、熱可塑性ポリマーである。別の実施形態では、マトリックス材料は、ポリマー粉末またはポリマー繊維である。マトリックス材料は、本明細書に記載のマトリックスであってもよい。この方法によって製造された複合材料は、引き続き、例えば、圧縮成形またはホットプレスによって、所望の形状に成形されてもよい。支持材料および乾燥ステップは、本明細書に記載されている通りであってもよい。
【００７２】
消費者製品
【００７３】
一部の態様では、本明細書において提供されるのは、例えば、本明細書に開示の材料もしくは複合材によって製造された消費者製品、または消費者製品の製造方法である。一部の実施形態では、消費者製品は、自動車輌、家庭用もしくはオフィス用器具、電子デバイス、家庭用もしくはオフィス用家具、または子供用製品である。消費者製品としての「子供用製品」は、主として１２歳またはそれ未満の子供用に設計または意図される。
【００７４】
一部の実施形態では、本明細書に開示の消費者製品は固形状である。一部の実施形態では、消費者製品は小さい物体である。一部の実施形態では、消費者製品は、ごみ袋、食品ラップ、デンタルフロス、ワイプ、電子部品、壁紙、衣類、エプロン、窓覆い、プレースマットおよび本の表紙からなる群から選択される。一部の実施形態では、消費者製品は、シート、袋、容器、プレートまたはトレイである。一部の実施形態では、消費者製品は、食品配膳手段または食品パッケージである。一部の実施形態では、消費者製品は容器である。一部の実施形態では、消費者製品はコーヒーカプセルである。一部の実施形態では、消費者製品は即席麺用カップである。
【００７５】
一部の態様では、本明細書において提供されるのは、消費者製品の製造のための本明細書に開示の材料または複合材の使用である。一部の実施形態では、消費者製品は、自動車輌、家庭用もしくはオフィス用器具、電子デバイス、家庭用もしくはオフィス用家具、または乳幼児または子供用製品である。一部の実施形態では、消費者製品は小さい物体である。一部の実施形態では、消費者製品は、シート、袋、容器、プレートまたはトレイである。一部の実施形態では、消費者製品は食品配膳手段である。一部の実施形態では、消費者製品は食品パッケージである。一部の実施形態では、消費者製品はコーヒーカプセルである。一部の実施形態では、消費者製品は即席麺用カップである。
【実施例】
【００７６】
（実施例１）
毛状繊維を製造するためのコロイドミルを使用したバガス繊維の微細化
バッチ１
微細化されたバガス繊維のプリフォームを製造するために、バガス繊維由来の市販の溶解パルプを出発材料として使用した。炭水化物分析は、この溶解パルプが９７．７重量％のセルロースおよび２．３重量％のヘミセルロースからなることを示した。再循環コロイドミル（ＪＭ−６０、Ｂｅａｎ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ、Ｔｉａｎｇａｎｇ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  Ｃｏ．Ｌｔｄ．、ＷＨＥＲＥ、Ｃｈｉｎａ）を使用して、バガス繊維由来溶解パルプを微細化した。コロイドミルは、最大出力１．５ｋＷで運転した。ミル粉砕の前に、バガス繊維由来溶解パルプを水に一晩浸漬し、７ｇ  Ｌ−１の濃度でブレンドして、均質な繊維懸濁液を生成した。繊維懸濁液を、微細化のために、それぞれ６分、１２分、１８分および３０分、コロイドミルに供給した。
【００７７】
バガス繊維プリフォームを、製紙プロセスを使用して製造し、それによって、（７ｇＬ−１の濃度の）あらかじめ（微細化された）繊維懸濁液を濾紙（直径１８ｃｍ）上に減圧濾過し、過剰な水を除去した。次いで、湿潤濾過ケークをそれぞれ１．５ｔおよび１２０℃の荷重および温度で２時間熱プレスして湿潤濾過ケークを圧密および乾燥し、硬いバガス繊維プリフォームを製造した。バガス繊維プリフォームは、６００ｇｍ−２の坪量および約２ｍｍの厚さを有する。０分、６分、１２分、１８分および３０分で微細化されたバガス繊維から製造されたプリフォームは、本明細書において、それぞれＰ０、Ｐ６、Ｐ１２、Ｐ１８およびＰ３０と呼ぶ。
【表１】
2019509403.tif 000003
【表２】
2019509403.tif 000004
【表３】
2019509403.tif 000005
【００７８】
図１ｅ〜図１ｆは、微細化時間に応じたバガス繊維のＳＥＭ像を示す。それぞれ、（１ａ）ニートのバガス、（１ｂ）コロイドミル、（１ｃ）６分微細化したバガス、（１ｄ）１２分微細化したバガス、（１ｅ）１８分微細化したバガス、（１ｆ）３０分微細化したバガス。
バッチ２
再循環コロイドミル（ＪＭ−６０、Ｔｉａｎｇａｎｇ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  Ｃｏ．Ｌｔｄ．）を使用して、バガス繊維由来溶解パルプ（０．７重量％）を微細化した。繊維懸濁液を、微細化のため、６分、３０分および６０分、コロイドミルに供給した。水濾過ステップならびに２．５ｔおよび１２０℃の１５分間のホットプレスを含む製紙プロセスを使用して、バガス繊維プリフォームを製造した。モフォロジーを、５ｋＶで操作した電界放出型走査電子顕微鏡（ＦＥＳＥＭ  ＪＳＭ６３３５）によりキャラクタリゼーションした。Ｚｗｉｃｋ  Ｚ０３０試験機を使用して、速度１ｍｍ／ｍｉｎで１ＫＮロードセルを用いて引張試験を実施した。ガーレー法に基づいて設計されたＴｅｎｄｒｉｎｇ  Ｐａｃｉｆｉｃ空気透過性試験機を使用して、透気度をキャラクタリゼーションした。水分管理試験機（ＭＭＴ、ＳＤＬＡＴＬＡＳ）を使用して、水蒸気透過速度（ＷＶＴＲ）を試験した。図２は、微細化されたバガス繊維およびそのプリフォームの特性評価結果を示す表である。
（実施例２）
ＭＦＣまたはＮＦＣ繊維の製造
【００７９】
パルプ溶液を高圧ホモジナイザーまたは粉砕機のいずれかに通過させることによる、マイクロメートルサイズのセルロース繊維のフィブリル化により、ミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）およびナノフィブリル化セルロース（ＮＦＣ）を製造する。
ＭＦＣ
【００８０】
バガス紙（３．５重量％）を切断し、水に約１時間浸漬し、次いで、ブレンダー内で約２分間ブレンドする。約２４時間の浸漬および約２分のブレンドの後、次いで、パルプ懸濁液をスーパーマスコロイダー（ＭＫＣＡ６−２、増幸産業株式会社、川口市、日本）を使用して約１〜５回通過させて機械的に粉砕する。
ＮＦＣ
【００８１】
バガス紙（３．５重量％）を切断し、水に１時間浸漬し、次いで、ブレンダー内で２分間ブレンドした。２４時間の浸漬および２分のブレンドの後、次いで、パルプ懸濁液をスーパーマスコロイダー（ＭＫＣＡ６−２、増幸産業株式会社、川口市、日本）を使用して１０回通過させて機械的に粉砕した。図３は、バガスの得られたＮＦＣを示す１組のＳＥＭ像である。左の画像：倍率１０，０００倍；右の画像：倍率２０，０００倍。モフォロジーを、５ｋＶで操作した電界放出型走査電子顕微鏡（ＦＥＳＥＭ  ＪＳＭ６３３５）によりキャラクタリゼーションした。
（実施例３）
ＭＦＣまたはＮＦＣ強化プリフォームの製造
３．１．共濾過
【００８２】
幅広い繊維径（例えば、５〜１０００ｎｍ）を持つＭＦＣおよび／またはＮＦＣ分散液を、共濾過の前に水中でバガス繊維と混合し、続いて圧密して繊維プリフォームを製造する。ブフナー漏斗を使用して、ＭＦＣ／ＮＦＣバガス繊維分散液を直径１２５ｍｍの濾紙（ＶＷＲ、Ｌｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ、ＵＫ）上に減圧下で濾過する。濾過ケークを、２分間の１ｔの荷重で２回ウェットプレスする。次いで、このウェットプレスした濾過ケークを、１２０℃のホットプレス内で、１ｔの荷重で一晩さらに乾燥する。
３．２．重層湿潤紙ベースの材料
【００８３】
試料は、ナノセルロース（ＮＦＣ）およびバガスパルプ繊維（パルプ）の異なる層を含んでいた。多層濾過プロセスを使用して紙ベースの複合材を製造した。パルプ／ＮＦＣ／パルプ複合材については、バガス懸濁液（０．５重量％）の層を、ナノセルロース懸濁液（０．５重量％）およびパルプ懸濁液の層の上に濾過した。ＮＦＣ／パルプ／ＮＦＣ複合材については、順番を逆にした。すべての複合材の最終的な坪量は１００ｇｓｍであった。
【表４】
2019509403.tif 000006
【表５】
2019509403.tif 000007
（バガスパルプ紙のＯＴＲは、その高い空隙率のために測定できない）
ナノセルロース泡状物との比較
【００８４】
ナノセルロースの濾過速度を速めるために、ナノセルロースの泡を生成し、濾過ステップで崩壊させた。ナノセルロース懸濁液（０．５重量％）は通常、ナノセルロースを水中でブレンドし、次いで、減圧を用いて漏斗内でこれを濾過することによって調製される。しかし、プロセスを速めるために、０．２ｇの石けんを５重量％ナノセルロース溶液に加え、台所用ハンドミキサーを使用して泡立てた。次いで、泡状物を濾過漏斗内に注ぎ、２００ｇのエタノールを泡状物内に噴霧することによって崩壊させた。濾過ステップにかかったのは、２時間と比較して、わずか１０分であった。
【表６】
2019509403.tif 000008
【表７】
2019509403.tif 000009
３．３．異なる構造を持つＮＦＣ強化紙プリフォーム。
【００８５】
紙プリフォーム（ｐｅｒｆｏｒｍｓ）の製造プロセスは、２つのステップからなるものであった：１）繊維懸濁液（０．３重量％）の水濾過および湿潤紙プリフォームの形成；２）温度および圧力コントロール下での湿潤プリフォームの熱プレスならびに乾燥紙プリフォームの形成（図４ａ、図４ｂ）。濾過ステップにおいて、バガス繊維（ＢＧ）／ＮＦＣ混合懸濁液を適用することによって、ＢＧ／ＮＦＣが５０／５０の混合試料を調製した（図４ｃ）。２つの方法を使用して重層試料を調製した：１）湿潤ＢＧプリフォームの上にＮＦＣを濾過して、ＮＦＣコーティングを形成する（図４ｄ）；２）湿潤ＢＧおよびＮＦＣ紙プリフォームをラミネートして、２層を一緒に熱プレスする（図４ｅ）。
【００８６】
接触角測定を実施することによって紙プリフォームの濡れ性を調査した。水滴はＢＧ紙にすぐに吸収されたため、接触角は測定できなかった。Ｚｗｉｃｋ  Ｚ０３０試験機を使用して、速度１ｍｍ／ｍｉｎで１ＫＮロードセルを用いて引張試験を実施した。気体透過性試験機（ＶＡＣ−ＶＢＳ、Ｌａｂｔｈｉｎｋ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）および水蒸気透過速度試験機（Ｗ３／０３１、Ｌａｂｔｈｉｎｋ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）を使用して、バリア性を調査した。図５は、ベースラインのバガス、ＮＦＣ、および異なる構造を持つＮＦＣ強化紙プリフォームの比較を示す。
（実施例４）
複合材の製造
１）後含浸
【００８７】
ＭＦＣおよび／またはＮＦＣ強化バガス繊維プリフォームをまず製造する。次いで、繊維プリフォームに低粘度液体モノマー（大豆油、亜麻仁油またはＢＩＯＣＯＡＴなど）を含浸させ、その後、硬化ステップが続く。
２）湿潤含浸
【００８８】
ポリマー（粉末状または繊維状）を、ＭＦＣ／ＮＦＣおよびバガス繊維と共に分散させる。次いで、得られた懸濁液を濾過し、その後、熱圧密および乾燥ステップが続き、単一のステップで複合材を製造する。
３）ポリマーラミネート
【００８９】
ポリ乳酸、バイオベースのポリプロピレンまたはポリエチレンなどの再生可能な熱可塑性プラスチックの薄いポリマーフィルムを、ＮＦＣ／ＭＦＣバガス繊維プリフォーム上に熱圧密によってラミネートし、それによってサンドイッチ構造を作り出す。薄いポリマーフィルムは、フィルムライン押出法またはスリットダイを備えたＤＳＭマイクロコンパウンダーによって生成される。（水に安定な）疎水性部分を熱可塑性フィルム上に導入するために、熱可塑性フィルムのプラズマ処理が実施される。
ＰＬＡ複合材
【００９０】
バイオベースのポリマーの一例としてＰＬＡ（ポリ乳酸）を使用した。ＮＦＣがＰＬＡに付着しなかったため、ＮＦＣ／ＰＬＡ複合材は試験できなかった。複合材を製造するために、ＮＦＣ／パルプによる異なる混合物から調製したベース紙を使用して、ＰＬＡ複合材をラミネートした。ＮＦＣおよびパルプ（重量％）の混合物を一緒にブレンドし、濾過し、２００ｇｓｍのシートとして圧密した。各複合材について２枚のシートを生成し、５ｇのＰＬＡフィルム（１００ｇｓｍ）を２枚のベース紙の間にラミネートした。
【表８】
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【表９】
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（実施例５）
コーヒーカプセルの製造
【００９１】
１組のコーヒーカプセルの型を自社のパルプ成形機に採り入れて、紙のコーヒーカプセル見本品の製造に成功した。製造プロセスを図６に示した。図７に示した市販のＮｅｓｐｒｅｓｓｏコーヒーカプセルマシンにおける試験によって、紙のカプセルの機能性が実証された。
【００９２】
一部の実施形態について本明細書に図示および説明したが、このような実施形態は、単なる例として提供されている。ここで、当業者なら、本発明から逸脱することなく、多くの変形、変更および置換に想到するであろう。本発明を実施する際、本明細書に説明した本発明の実施形態のさまざまな代替を使用することができるものと理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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